JP2002055287A - Electrostatic actuator, optical switching element and video display device - Google Patents

Electrostatic actuator, optical switching element and video display device

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JP2002055287A
JP2002055287A JP2000244588A JP2000244588A JP2002055287A JP 2002055287 A JP2002055287 A JP 2002055287A JP 2000244588 A JP2000244588 A JP 2000244588A JP 2000244588 A JP2000244588 A JP 2000244588A JP 2002055287 A JP2002055287 A JP 2002055287A
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JP
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electrode
driving
drive
drive beam
switching element
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JP2000244588A
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Inventor
Takashi Takeda
高司 武田
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic actuator which has a two-layered structure and is low in driving voltage. SOLUTION: This electrostatic actuator is provided with a drive beam 40 for supporting an optical element 3 at one end. A fulcrum 41 in mid-way of this drive beam 40 is supported to a substrate 20 and both ends 42 and 43 of the drive beam 40 are provided with a first drive means 61 and a second drive means 62 to electrostatically drive the drive beam 40. A gap G1 or G2 of upper and lower electrodes 7a, 7b, 8a and 8b may be reduced to about half to a moving distance D of the optical element 3 and therefore the drastic reduction of the driving voltage is made possible. Accordingly, the driving with the suitable voltage is made possible even if the effective area of the electrodes is made smaller. The video display device 80 which is compact and has high resolution may be provided by using this optical switching element 10.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光演算、
光記憶装置、光プリンター、映像表示装置などに適した
光スイッチング素子、その静電アクチュエータ、それを
用いた映像表示装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to optical communication, optical operation,
The present invention relates to an optical switching element suitable for an optical storage device, an optical printer, an image display device, and the like, an electrostatic actuator thereof, and an image display device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、データプロジェクタ、ビデオプロ
ジェクタなどの映像投映装置の小型化がいっそう進んで
おり、映像デバイスも非常に小型化されている。このた
め、高解像度で小型の映像表示デバイスが要求されてい
る。同様に、光通信、光演算、ホログラムメモリー等の
光記録装置、光プリンターなどにおいても、高解像度で
高速動作が可能な小型の映像表示デバイスが要求されて
いる。
2. Description of the Related Art In recent years, the size of video projectors such as data projectors and video projectors has been further reduced, and the size of video devices has been extremely reduced. For this reason, a high-resolution and small-sized video display device is required. Similarly, optical communication devices, optical operations, optical recording devices such as hologram memories, optical printers, and the like also require a small-sized image display device capable of high-speed operation with high resolution.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】図5に、本願出願人が
開発を進めているエバンセント波(エバネセント光)を
利用して光を変調する映像表示装置(映像表示デバイ
ス)の概要を示してある。この映像表示装置90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次元に配列されたデバイスであり、個々の光スイッチ
ング素子10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3と、この光学素子3を駆動するアクチ
ュエータ96とを備えている。そして、光学素子(マイ
クロ光学素子)およびアクチュエータ(マイクロアクチ
ュエータ)をミクロンオーダあるいはサブミクロンオー
ダで製造し、これらを2次元にアレイ状に配置すると共
に、これら光学素子3の層およびアクチュエータ96の
層をアクチュエータ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2
0の上に積層することにより、1つの映像表示デバイス
をチップサイズに集積化されたものを提供することがで
きる。
FIG. 5 shows an outline of a video display device (video display device) which modulates light using an evanescent wave (evanescent light) which is being developed by the present applicant. . This image display device 90 is a device in which a plurality of optical switching elements (optical switching mechanisms) 10 are two-dimensionally arranged. Each optical switching element 10 can transmit the introduced light 2 by total reflection. The optical device 3 includes an optical element 3 that can modulate light while approaching and moving away from the light guide plate (light guide) 1, and an actuator 96 that drives the optical element 3. Then, optical elements (micro-optical elements) and actuators (micro-actuators) are manufactured in micron order or submicron order, and these are arranged two-dimensionally in an array, and the layer of the optical element 3 and the layer of the actuator 96 are formed. A semiconductor substrate 2 on which a drive circuit for driving an actuator and a digital storage circuit (storage unit) are built.
By stacking them on 0, it is possible to provide a device in which one video display device is integrated in a chip size.

【0004】エバネセント光を利用した本例の映像表示
装置90についてさらに詳しく説明しておく。図5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(光ガイド)の面(全反射面)1aに密着する面
(接触面または抽出面)3aと、この面3aが全反射面
1aに密着したときに漏れ出たエバネセント波を抽出し
て内部で導光板1に対し、ほぼ垂直な方向に反射するV
字型の反射プリズム(マイクロプリズム)4と、このV
字型のプリズム4を支持するサポート構造5とを備えて
いる。
[0004] The image display device 90 of the present example using evanescent light will be described in more detail. The optical switching element 10a shown on the left side of FIG. 5 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 has 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 (light guide) that functions as a waveguide, and this surface 3a is the total reflection surface 1a. An evanescent wave that leaks out when closely contacted is extracted and internally reflected in a direction substantially perpendicular to the light guide plate 1.
-Shaped reflection prism (micro prism) 4 and this V
And a support structure 5 for supporting the U-shaped prism 4.

【0005】アクチュエータ96は、光学素子3を静電
駆動できるようになっており、光学素子3のサポート構
造5が機械的に連結された上電極7と、この上電極7と
対峙した下電極8とを備えている。そして、下電極8
と、上電極7のアンカープレート9は半導体基板20の
最上面20aに積層されている。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により支持されてお
り、下電極8と上電極7との間に空間が形成されてい
る。したがって、たとえば、アンカープレート9を介し
て上電極7を接地し、下電極8に対し駆動ユニット21
から電位あるいは電荷を加えると上電極7が下方に動
き、これに連動して光学素子3が導光板1から離れる
(第2の位置)。一方、上電極7は弾性部材としての機
能を部分的に備えており、下電極8に記憶ユニット21
から加えられていた電位あるいは電荷が除去される、あ
るいは解除されると、下電極8から上電極7が離れ、上
電極7の弾性により光学素子3が導光板1に密着する
(第1の位置)。
The actuator 96 is capable of electrostatically driving the optical element 3. The upper electrode 7 to which the support structure 5 of the optical element 3 is mechanically connected and the lower electrode 8 opposed to the upper electrode 7. And And the lower electrode 8
The anchor plate 9 of the upper electrode 7 is laminated on the uppermost surface 20 a of the semiconductor substrate 20. The upper electrode 7 is supported by columns 11 extending upward from the anchor plate 9, and a space is formed between the lower electrode 8 and the upper electrode 7. Therefore, for example, the upper electrode 7 is grounded via the anchor plate 9 and the drive unit 21 is connected to the lower electrode 8.
When an electric potential or electric charge is applied from above, the upper electrode 7 moves downward, and the optical element 3 moves away from the light guide plate 1 in conjunction with this (second position). On the other hand, the upper electrode 7 partially has a function as an elastic member.
When the potential or charge applied from the substrate is removed or released, the upper electrode 7 separates from the lower electrode 8 and the optical element 3 adheres to the light guide plate 1 by the elasticity of the upper electrode 7 (first position). ).

【0006】図5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。
As shown in FIG. 5, illumination light 2 is supplied to the light guide plate 1 from a 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 once from the light guide plate 1 for a very small 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 utilizes this phenomenon to modulate light transmitted through the light guide plate 1 at high speed, that is, to perform switching (on / off).

【0007】したがって、光スイッチング素子10aで
は、光学素子3が導光板1の全反射面1aに接触した第
1の位置にあるので、光学素子3の面3aによりエバネ
セント波を抽出することができる。このため、光学素子
3のマイクロプリズム4で抽出した光2は角度が変えら
れて出射光2aとなる。一方、光スイッチング素子10
bでは、駆動ユニット21により上下電極7および8に
極性の異なる電圧が印加され、これらの電極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。
Therefore, in the optical switching element 10a, since the optical element 3 is at the first position in contact with the total reflection surface 1a of the light guide plate 1, evanescent waves can be extracted by the surface 3a of the optical element 3. For this reason, the light 2 extracted by the microprism 4 of the optical element 3 is changed in angle and becomes the output light 2a. On the other hand, the optical switching element 10
In b, voltages having different polarities are applied to the upper and lower electrodes 7 and 8 by the drive unit 21, and these electrodes 7 and 8 are applied.
The optical element 3 is moved to the second position apart from the light guide plate 1 by the electrostatic force acting during the period. 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.

【0008】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5に示したように、これらを1次元あるいは
2次元方向、さらには3次元に並べて配置することがで
きる構成になっている。特に2次元にマトリクスあるい
はアレイ状に並べて配置することにより、液晶あるいは
DMDと同様に平面的な画像を表示可能な映像表示装置
90を提供することができる。そして、エバネセント光
を用いた映像表示装置90では、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、
これを用いたプロジェクタ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. 5, they are arranged in one-dimensional or two-dimensional direction, and furthermore, arranged in three-dimensional. It is configured to be able to. In particular, by arranging them two-dimensionally in a matrix or array, it is possible to provide a video display device 90 capable of displaying a planar image in the same manner as a liquid crystal or DMD. In the image display device 90 using the evanescent light, since the moving distance of the optical element 3 is on the order of submicron, it can be used as a light modulator having a response speed one digit or more faster than that of the liquid crystal.
It is possible to provide a projector or a direct-view video display device using this. 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.

【0009】この映像表示デバイスを小型化すると共
に、さらに高解像度化し、また、省電力化することが要
求されている。たとえば、高解像度の液晶パネル(LC
D)と同程度に微細化すると、画面を構成する単位であ
る1画素あたりのサイズ(画素ピッチ)が小さくなり、
例えば、14ミクロンピッチ程度にまで細分化される。
したがって、静電アクチュエータ96を用いたデバイス
(映像表示装置)90では、静電アクチュエータ96を
構成する電極の有効面積も小さくなる。電極の有効面積
(上電極と下電極が重なる部分の面積)Sが小さくなる
と、駆動電圧Veは大きくなる。すなわち、図6に示す
ように、画素ピッチが小さくなるに伴い、1画素あたり
に対するアクチュエータの占有面積は小さくなり、バネ
弾性を確保しようとすると、上電極7を支持しているば
ね97の占める領域は、相対的に大きくなる。したがっ
て、電極面積が少なくなってしまい、駆動電圧を上げな
いと十分な駆動力が得られなくなる。
It is required that the image display device be reduced in size, further increased in resolution, and reduced in power consumption. For example, a high-resolution liquid crystal panel (LC
If the size is reduced to the same extent as D), the size per pixel (pixel pitch), which is a unit constituting the screen, becomes smaller,
For example, it is subdivided to a pitch of about 14 microns.
Therefore, in the device (video display device) 90 using the electrostatic actuator 96, the effective area of the electrodes constituting the electrostatic actuator 96 also becomes small. As the effective area S of the electrode (the area where the upper electrode and the lower electrode overlap) S decreases, the drive voltage Ve increases. That is, as shown in FIG. 6, as the pixel pitch becomes smaller, the area occupied by the actuator per pixel becomes smaller, and in order to secure the spring elasticity, the area occupied by the spring 97 supporting the upper electrode 7 is increased. Is relatively large. Therefore, the electrode area is reduced, and a sufficient driving force cannot be obtained unless the driving voltage is increased.

【0010】静電力Fsで駆動するアクチュエータ96
では、駆動電圧Veと電極の有効面積S、ばねの変位x
との間には下記の式(1)が成り立つ。なお、図5に示
した、第1および第2の位置への移動距離がdであり、
移動距離とばねの変位xとの差が電極間のギャップGに
なる。特に、電圧が電極に印加されていないとき、すな
わち、変位xが0のときに発生する電圧が駆動電圧の最
大値となる。また、Fsは比例定数である。
Actuator 96 driven by electrostatic force Fs
Then, the drive voltage Ve, the effective area S of the electrode, and the displacement x of the spring
The following equation (1) is established between. The moving distance to the first and second positions shown in FIG. 5 is d,
The difference between the moving distance and the displacement x of the spring is the gap G between the electrodes. In particular, the voltage generated when no voltage is applied to the electrode, that is, when the displacement x is 0, is the maximum value of the drive voltage. Fs is a proportionality constant.

【0011】 Ve=Fs×(d−x)2/S=Fs×G2/S ・・・(1) この式(1)から分かるように、電極の有効面積Sが小
さくなると、それに反比例して駆動電圧Veは大きくな
る。
Ve = Fs × (d−x) 2 / S = Fs × G 2 / S (1) As can be seen from the equation (1), when the effective area S of the electrode becomes small, it becomes inversely proportional thereto. As a result, the driving voltage Ve increases.

【0012】駆動電圧Veの上昇を抑制するためは、バ
ネ弾性を低くして比例定数Fsを小さくすることが考え
られる。1つは、ばねを長くする方法であるが、ばねを
長くすると、限られた領域においては電極面積が減少し
てしまい、アクチュエータの占有面積が小さくなると、
さらに電極面積が削減されてしまう。したがって、駆動
電圧Veを下げることができない。一方、ばねの幅を小
さくしてバネ弾性を低くすることも可能であるが、アク
チュエータを微細化しようとしているときにばねの幅を
さらに細くすることは、製造できる最小の幅の制限を超
えてしまい、製造が困難になる。
In order to suppress the rise of the drive voltage Ve, it is conceivable to lower the spring elasticity and decrease the proportionality constant Fs. One is a method of increasing the length of the spring. When the length of the spring is increased, the electrode area is reduced in a limited area, and when the occupied area of the actuator is reduced,
Further, the electrode area is reduced. Therefore, the drive voltage Ve cannot be reduced. On the other hand, it is possible to reduce the spring elasticity by reducing the width of the spring.However, when the actuator is to be miniaturized, further narrowing the width of the spring exceeds the limit of the minimum width that can be manufactured. This makes production difficult.

【0013】したがって、駆動電圧Veを下げる最も有
効な手段は、電極間のギャップGを小さくすることであ
る。しかしながら、ギャップGを小さくするためにスイ
ッチング素子の移動距離dを小さくすると、光のオンオ
フによるコントラストが得られ難くなる。したがって、
単にギャップGを小さくすることはできない。また、電
極同士が接触するのを避けるためにストッパーを設ける
と、その高さをmとすると下記の式(2)のようにギャ
ップGは広がる傾向になる。したがって、ギャップGを
小さくすることによって駆動電圧Veを下げることは容
易ではない。
Therefore, the most effective means for lowering the drive voltage Ve is to reduce the gap G between the electrodes. However, if the moving distance d of the switching element is reduced in order to reduce the gap G, it is difficult to obtain the contrast by turning on and off the light. Therefore,
The gap G cannot simply be reduced. When a stopper is provided to avoid contact between the electrodes, the gap G tends to widen as shown in the following equation (2) when the height is m. Therefore, it is not easy to reduce the drive voltage Ve by reducing the gap G.

【0014】G=d+m ・・・(2) しかしながら、電極の電極、すなわち、下電極(固
定)、中間電極(可動)および上電極(固定)を順番に
積層し、上電極および下電極に電圧を交互に加え、中間
電極を上下に移動させるという方法によると、スイッチ
ング素子の移動距離dを確保した状態で、電極間のギャ
ップGを半分程度とすることができ、駆動電圧Veを下
げることが可能である。
G = d + m (2) However, the electrodes of the electrodes, that is, the lower electrode (fixed), the intermediate electrode (movable) and the upper electrode (fixed) are sequentially stacked, and the voltage is applied to the upper electrode and the lower electrode. Are alternately added, and the intermediate electrode is moved up and down, the gap G between the electrodes can be reduced to about half while the moving distance d of the switching element is secured, and the driving voltage Ve can be reduced. It is possible.

【0015】しかしながら、この3つの電極を備えた静
電アクチュエータでは、構造層が1層増え、さらに、こ
の1層を形成するために、製造工程では5工程ほど増え
る。先ず、第2の構造層の上の犠牲層を作成する工程
(デポジション)と、次に、この犠牲層にパターニング
する工程と、3番目に、上電極のストッパー構造を作成
する工程と、4番目に、上電極を構成する構造層を作成
する工程(デポジション)と、5番目に、この構造層に
パターニングする工程とが必要となる。このように、電
極を3層構造にするには、大幅に手間が増え、また、そ
れに伴って歩留りが大幅に低下する。このため、製造コ
ストが高くなり現実的ではない。
However, in the electrostatic actuator provided with these three electrodes, the number of structural layers is increased by one, and in order to form this one layer, the number of manufacturing steps is increased by about five. First, a step (deposition) of forming a sacrificial layer on the second structural layer, a step of patterning the sacrificial layer, a third step of forming a stopper structure of the upper electrode, First, a step (deposition) of forming a structural layer constituting the upper electrode and fifth, a step of patterning the structural layer are required. As described above, in order to form an electrode having a three-layer structure, the labor is greatly increased, and the yield is significantly reduced accordingly. For this reason, the manufacturing cost increases, which is not practical.

【0016】そこで、本発明においては、2層構造で駆
動電圧を低くすることができる静電アクチュエータを提
供することを目的としている。さらに、このような静電
アクチュエータを用いて、コンパクトな省電力タイプの
光スイッチング素子を提供し、さらに、小型で高解像度
であり、さらに低消費電力の映像表示装置を提供するこ
とも目的としている。
Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrostatic actuator having a two-layer structure and capable of lowering a driving voltage. It is still another object of the present invention to provide a compact power saving type optical switching element using such an electrostatic actuator, and to further provide a small, high resolution, and low power consumption video display device. .

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、スイッチング部を一方の端で支持する駆動ビーム
を設け、この駆動ビームの両端側に電極を備えそれらを
相互に動かすアクチュエータ構造とすることにより、電
極間の間隔(ギャップ)が小さく、駆動電圧の低い静電
アクチュエータを2層構造で実現できるようにしてい
る。
For this reason, in the present invention, a drive beam for supporting a switching portion at one end is provided, electrodes are provided at both ends of the drive beam, and an actuator structure for moving the electrodes mutually is provided. Thus, an electrostatic actuator having a small gap between electrodes (gap) and a low driving voltage can be realized with a two-layer structure.

【0018】すなわち、第1の位置、およびこの第1の
位置から離れた第2の位置に移動可能なスイッチング部
を駆動する本発明の静電アクチュエータは、第1の位置
から第2の位置の方向に対しほぼ直交する方向に伸び、
スイッチング部を一方の端で支持する駆動ビームと、こ
の駆動ビームの一方の端を駆動する第1の駆動手段と、
駆動ビームの他方の端を駆動する第2の駆動手段とを有
し、第1の駆動手段は、駆動ビームの一方の端あるいは
その近傍に設けられた第1の電極と、この第1の電極と
対峙する位置の基板上に設けられた第2の電極とを備え
ており、第2の駆動手段は、駆動ビームの他方の端ある
いはその近傍に設けられた第3の電極と、この第3の電
極と対峙する位置の基板上に設けられた第4の電極とを
備えており、さらに、駆動ビームが第1の位置と第2の
位置の方向に旋回可能なように、該駆動ビームの途中を
支点として基板に対し支持する支持部とを有している。
That is, the electrostatic actuator of the present invention that drives the switching portion that can move to the first position and the second position that is distant from the first position has the following structure. Extending in a direction substantially perpendicular to the direction,
A driving beam supporting the switching unit at one end, a first driving unit driving one end of the driving beam,
Second driving means for driving the other end of the driving beam, wherein the first driving means includes a first electrode provided at or near one end of the driving beam, and the first electrode A second electrode provided on the substrate at a position opposed to the third electrode. The second driving means includes a third electrode provided at or near the other end of the driving beam, and a third electrode provided at the other end. And a fourth electrode provided on the substrate at a position opposed to the first electrode. Further, the fourth electrode is provided so that the drive beam can rotate in the directions of the first position and the second position. And a support portion that supports the substrate with the middle point as a fulcrum.

【0019】本発明の静電アクチュエータは、スイッチ
ング部を一方の端で支持する駆動ビームを設け、その途
中を支持部で旋回可能に支持しているので、この駆動ビ
ームの両端あるいはその近傍にそれぞれ設けられた第1
および第2の駆動手段を相互に駆動することにより駆動
ビームがシーソのように動き、スイッチング部を第1の
位置と第2の位置に移動できる。したがって、駆動ビー
ムが安定した姿勢の中間状態(中間位置)を基準にする
と、第1および第2の駆動手段が駆動ビームを駆動する
距離(変位)は、スイッチング部が移動する第1および
第2の位置の距離(変位)の半分程度になる。したがっ
て、これらの第1および第2の駆動手段を構成する電極
間距離、すなわち、第1および第2の電極と、第3およ
び第4の電極の間の距離(ギャップ)はスイッチング部
の変位の半分あるいはそれ以下にすることが可能とな
る。さらに、これら第1および第2の駆動手段を形成す
る電極は各々、第1および第2の電極と、第3および第
4の電極となるので、2層構造で本発明の静電アクチュ
エータは実現できる。このため、上述した中間電極を備
えた3層構造のアクチュエータと同じく駆動電圧を小さ
くできる状態を、現状の技術で歩留まり良く低コストで
製造可能な2層構造で実現できる。
In the electrostatic actuator of the present invention, a driving beam for supporting the switching portion at one end is provided, and the switching portion is supported rotatably by the supporting portion. The first provided
The driving beam moves like a seesaw by mutually driving the second driving unit and the second driving unit, and the switching unit can be moved to the first position and the second position. Accordingly, based on the intermediate state (intermediate position) of the stable posture of the drive beam, the distance (displacement) by which the first and second drive means drives the drive beam is determined by the first and second distances at which the switching unit moves. About half of the distance (displacement) of the position. Therefore, the distance between the electrodes constituting the first and second driving means, that is, the distance (gap) between the first and second electrodes and the third and fourth electrodes is determined by the displacement of the switching unit. It can be reduced to half or less. Further, since the electrodes forming the first and second driving means are the first and second electrodes and the third and fourth electrodes, respectively, the electrostatic actuator of the present invention is realized with a two-layer structure. it can. For this reason, a state in which the driving voltage can be reduced similarly to the three-layered actuator having the above-described intermediate electrode can be realized by a two-layered structure which can be manufactured with high yield and low cost by using the current technology.

【0020】したがって、本発明の静電アクチュエータ
を用いることにより、駆動ビームの一方の端で支持され
たスイッチング部を有し、第1の位置および第2の位置
で光をオンオフする光スイッチング素子で駆動電圧の小
さな光スイッチング素子を提供できる。このため、光ス
イッチング素子を微細化して占有面積が小さくなり、電
極面積が小さくなっても駆動電圧を上げずに、低電圧で
動作可能な光スイッチング素子を提供できる。
Therefore, by using the electrostatic actuator of the present invention, an optical switching element having a switching portion supported at one end of the driving beam and turning on and off light at the first position and the second position is provided. An optical switching element with a small driving voltage can be provided. For this reason, the optical switching element can be miniaturized, the occupied area can be reduced, and the optical switching element can be operated at a low voltage without increasing the drive voltage even if the electrode area is reduced.

【0021】したがって、このような光スイッチング素
子をアレイ状に配置することで、高解像度で微細構造が
要求される映像表示装置であって、低電圧で駆動できる
映像表示装置を提供できる。低電圧で駆動できる小型で
高解像度の映像表示装置は、低消費電力であると共に、
CMOS回路などの低電圧で動く半導体集積回路装置で
直に駆動することが可能であり、駆動回路も含めて集積
度を上げることができる。したがって、小型で消費電力
の小さな映像デバイスを提供できる。
Therefore, by arranging such optical switching elements in an array, it is possible to provide an image display device that requires a high resolution and a fine structure and can be driven at a low voltage. A small, high-resolution video display device that can be driven at low voltage has low power consumption and
It can be directly driven by a semiconductor integrated circuit device operating at a low voltage such as a CMOS circuit, and the degree of integration including the drive circuit can be increased. Therefore, a small-sized video device with low power consumption can be provided.

【0022】支持部は、駆動ビームに直に接続すること
も可能である。しかしながら、駆動ビームと直交する方
向に伸びた弾性のある支持ビームと、この支持ビームの
両端を基板から支持する支柱とを設けることにより、バ
ネ弾性力を発揮する支持ビームを細く長くでき、弾性係
数を小さくすることができる。したがって、静電駆動手
段である、第1および第2の駆動手段に対抗する力とな
る、駆動ビームを中間位置まで動かすバネ弾性力を小さ
くできるので、駆動ビームを駆動する電圧をさらに下げ
ることができる。
The support can also be connected directly to the drive beam. However, by providing an elastic support beam extending in a direction orthogonal to the drive beam and a column supporting both ends of the support beam from the substrate, the support beam exerting the spring elasticity can be made thinner and longer, and the elastic coefficient is increased. Can be reduced. Accordingly, the spring elastic force for moving the drive beam to the intermediate position, which is a force opposing the first and second drive units, which are electrostatic drive units, can be reduced, so that the voltage for driving the drive beam can be further reduced. it can.

【0023】駆動ビームは、途中に設けられた支点から
両端までの距離を同じ(対称)にしても良いが、スイッ
チング部が接続される一方の端と支点との距離に対し、
スイッチング部を第1の位置に駆動する第2の駆動手段
が設けられる他方の端と支点との距離が短く設けること
が望ましい。これにより、スイッチング部の変位に対
し、第2の駆動手段により駆動される他方の端の変位を
小さくできるので、第2の駆動手段を構成する第3およ
び第4の電極間距離をさらに小さくできる。したがっ
て、第2の駆動手段を駆動するための駆動電圧をさらに
小さくできる。
The drive beam may have the same (symmetrical) distance from a fulcrum provided in the middle to both ends. However, the distance between one end to which the switching unit is connected and the fulcrum is given by:
It is desirable that the distance between the other end where the second driving means for driving the switching unit to the first position is provided and the fulcrum is short. This makes it possible to reduce the displacement of the other end driven by the second drive means with respect to the displacement of the switching unit, so that the distance between the third and fourth electrodes constituting the second drive means can be further reduced. . Therefore, the driving voltage for driving the second driving means can be further reduced.

【0024】また、駆動ビームは、その長手方向に沿っ
た窪みを形成することで、一部に剛性を備えることで強
度が得られる。したがって、耐久性を向上でき、信頼性
の高い静電アクチュエータを提供できる。
Further, the drive beam is formed with a recess along the longitudinal direction, so that the drive beam is partially provided with rigidity to obtain strength. Therefore, durability can be improved and a highly reliable electrostatic actuator can be provided.

【0025】さらに、光スイッチング素子において、オ
ン位置となる第1の位置でスイッチング部の姿勢を平行
に保つことが望ましい。特に、エバネセント光をオンオ
フする光スイッチング素子のように、スイッチング部
が、第1の位置で光導入部の底面に接することにより光
導入部から出射される光の方向を変えられる光学素子を
備えている場合は、光学素子が光導入部の底面に密着す
ることが望ましい。このためには、駆動ビームの剛性は
高いことが望ましく、駆動ビームに長手方向に沿って窪
みを形成し、撓まないようにすることが望ましい。窪み
は、第2の電極の方向に凸になるように形成することが
望ましく、第2の電極に第1の電極が密着しないように
するストッパーとしての機能を持たせることができる。
また、第3の電極に第4の電極が密着しないようにスト
ッパーを設けたときにそれを形成する工程で駆動ビーム
の窪みを形成できるので、工程数は増加せず容易に製造
可能である。また、駆動ビームに窪みを設けて剛性を上
げても、バネ弾性は支持部の支持ビームにより確保する
ことができる。
Furthermore, in the optical switching element, it is desirable that the attitude of the switching unit be kept parallel at the first position which is the ON position. In particular, as in an optical switching element that turns on and off the evanescent light, the switching unit includes an optical element that can change the direction of light emitted from the light introduction unit by contacting the bottom surface of the light introduction unit at the first position. In such a case, it is desirable that the optical element be in close contact with the bottom surface of the light introducing section. For this purpose, it is desirable that the drive beam has high rigidity, and it is desirable that the drive beam be formed with a depression along the longitudinal direction so as not to bend. The depression is desirably formed so as to be convex in the direction of the second electrode, and can have a function as a stopper for preventing the first electrode from adhering to the second electrode.
Further, when a stopper is provided so that the fourth electrode does not adhere to the third electrode, the depression of the drive beam can be formed in the step of forming the stopper, so that the manufacturing can be easily performed without increasing the number of steps. Even if the drive beam is provided with a depression to increase rigidity, the spring elasticity can be secured by the support beam of the support portion.

【0026】さらに、駆動ビームと、第1の電極および
/または第3の電極の接続部分は、駆動ビームの他の部
分よりも柔軟に形成することが望ましい。これにより、
駆動ビームが上方または下方に旋回した際に、駆動ビー
ムは支点を中心に旋回するのに対して、駆動ビームの両
端に接続された電極は対峙する電極に向かい合うように
変形し、電極の有効面積を確保することができる。ま
た、電極の上に載せられたスイッチング部の光学素子が
光導入部の底面に接触したときに、その底面に沿って、
あるいはならって密着する。したがって、光導入部の底
面から光学素子への光の抽出効率を上げることが可能と
なり、光の利用効率を上げることができる。したがっ
て、コントラストが大きく、明るい光スイッチング素子
およびこれを用いた映像表示装置を提供できる。
Further, it is desirable that the connecting portion between the driving beam and the first electrode and / or the third electrode is formed more flexibly than other portions of the driving beam. This allows
When the drive beam turns upward or downward, the drive beam turns around the fulcrum, while the electrodes connected to both ends of the drive beam deform so as to face the opposing electrode, and the effective area of the electrode Can be secured. Also, when the optical element of the switching unit placed on the electrode contacts the bottom surface of the light introducing unit, along the bottom surface,
Or adhere closely. Therefore, it is possible to increase the efficiency of extracting light from the bottom surface of the light introducing portion to the optical element, and to increase the efficiency of using light. Therefore, it is possible to provide a bright optical switching element having a large contrast and a video display device using the same.

【0027】また、光スイッチング素子では、スイッチ
ング部と駆動ビームとの接続部分は、スイッチング部の
重心に近い位置に設けることが望ましい。光スイッチン
グ部の重心を駆動ビームで支持することにより、バラン
ス良くスイッチング部を移動させることができ、光学素
子を平行に移動することができ、また、駆動ビームで支
持されたスイッチング部の光学素子が光導入部の底面に
接触したときに、その底面に沿って、あるいはならって
密着させやすい。したがって、光導入部の底面から光学
素子への光の抽出効率を上げることが可能となり、光の
利用効率を上げることができる。したがって、コントラ
ストが大きく、明るい光スイッチング素子およびこれを
用いた映像表示装置を提供できる。
In the optical switching element, it is desirable that a connecting portion between the switching unit and the drive beam is provided at a position close to the center of gravity of the switching unit. By supporting the center of gravity of the optical switching unit with the driving beam, the switching unit can be moved in a well-balanced manner, the optical elements can be moved in parallel, and the optical element of the switching unit supported by the driving beam can be moved. When it comes into contact with the bottom surface of the light introducing section, it is easy to adhere along or following the bottom surface. Therefore, it is possible to increase the efficiency of extracting light from the bottom surface of the light introducing portion to the optical element, and to increase the efficiency of using light. Therefore, it is possible to provide a bright optical switching element having a large contrast and a video display device using the same.

【0028】さらに、本発明の静電アクチュエータで
は、各電極に電圧が印加されていないと、すなわち、各
電極間に電位差がなく、同電位に保持されると、駆動ビ
ームの両端はこれらの電極の中間位置になる。したがっ
て、スイッチング部はオン位置である第1の位置ではな
く、第1および第2の位置の中間になる。このため、本
発明の光スイッチング素子を用いた映像表示装置におい
ては、駆動電圧を印加しなくても画面を消去した状態と
なり、強制的に画像を消去するための電圧を印加する必
要がなくなる。
Further, in the electrostatic actuator of the present invention, when no voltage is applied to each electrode, that is, when there is no potential difference between the electrodes and the electrodes are maintained at the same potential, both ends of the drive beam are connected to these electrodes. Is in the middle position. Therefore, the switching unit is not at the first position, which is the ON position, but at an intermediate position between the first and second positions. Therefore, in the video display device using the optical switching element of the present invention, the screen is erased without applying the driving voltage, and it is not necessary to forcibly apply the voltage for erasing the image.

【0029】[0029]

【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。図1に、本発明に係るエバネセント波
(エバネセント光)を利用して光を変調する映像表示装
置80の概要を示してある。この映像表示装置80は、
先に図5に基づき説明した映像表示装置と同様に、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の全反射面1aに接近および離反してエバネセント光
を抽出可能な光学素子3と、この光学素子3を駆動する
静電アクチュエータ6が積層された光スイッチング素子
10を有し、複数の光スイッチング素子が2次元に配列
されている。スイッチング部である光学素子3は静電ア
クチュエータ6により、図1の左側のスイッチング素子
10aに示すように光ガイド1の全反射面1aに密着す
る第1の位置に動かされ、光学素子3aが全反射面1a
に密着した面(接触面または抽出面)3aからエバネセ
ント波を抽出する。本例の光学素子3も抽出した光を導
光板1に対しほぼ垂直な方向に反射するV字型の反射プ
リズム(マイクロプリズム)4を備えており、光ガイド
1を伝播する光の向きを変えて出射光2aとして出力す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be further described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an image display device 80 for modulating light using an evanescent wave (evanescent light) according to the present invention. This video display device 80
Similar to the image display device described with reference to FIG. 5, a light guide plate (light guide) capable of totally transmitting the introduced light 2 and transmitting the light.
The optical switching device 10 includes an optical element 3 capable of extracting evanescent light by approaching and moving away from the total reflection surface 1a of the first optical element 1 and an optical switching element 10 on which an electrostatic actuator 6 for driving the optical element 3 is stacked. The elements are arranged two-dimensionally. The optical element 3 serving as a switching section is moved by the electrostatic actuator 6 to a first position in close contact with the total reflection surface 1a of the light guide 1 as shown by a switching element 10a on the left side of FIG. Reflective surface 1a
An evanescent wave is extracted from the surface (contact surface or extraction surface) 3a which is in close contact with the surface. The optical element 3 of the present example also includes a V-shaped reflecting prism (microprism) 4 that reflects the extracted light in a direction substantially perpendicular to the light guide plate 1, and changes the direction of light propagating through the light guide 1. And output as outgoing light 2a.

【0030】一方、光学素子3が静電アクチュエータ6
により、図1の右側のスイッチング素子10bに示すよ
うに、光ガイド1の全反射面1aから離れた第2の位置
に動かされると、光ガイド1を伝播する光は全反射面1
aで全反射されて外部に抽出されない。このように、本
例の映像表示装置80を構成する光スイッチング素子1
0も、アクチュエータ6により光学素子3が駆動される
ことにより上述した光スイッチング素子と同様に動く。
したがって、上述した映像表示デバイスと同様に、光ス
イッチング素子によりエバネセント光が抽出され、光ガ
イド1の内部を伝播する光を用いて映像を表示できる。
On the other hand, the optical element 3 is
When the light guide 1 is moved to a second position away from the total reflection surface 1a of the light guide 1 as shown in the right switching element 10b of FIG.
The light is totally reflected at a and is not extracted outside. As described above, the optical switching element 1 constituting the video display device 80 of the present embodiment
0 also moves in the same manner as the above-described optical switching element when the optical element 3 is driven by the actuator 6.
Therefore, similarly to the above-described image display device, evanescent light is extracted by the optical switching element, and an image can be displayed using light propagating inside the light guide 1.

【0031】本例の静電アクチュエータ6は、全体とし
てシーソのような動きを行うアクチュエータであり、光
学素子3が上下、すなわち第1および第2の方向に動く
方向と直交する方向に、基板20あるいは全反射面1a
とほぼ平行に伸びた駆動ビーム40を備えている。この
駆動ビーム40は、途中を支点41として基板20に対
し支持部50により旋回可能に支持され、一方の端(本
図では左側)42でスイッチング部である光学素子3を
サポート部5を介して支持しながら旋回できるようにな
っている。そして、駆動ビーム40の一方の端42に
は、第1の電極となる上電極7aが形成され、これと対
峙する基板20の上面に第2の電極となる下電極8aが
配置されている。したがって、これら上電極7aと下電
極8aが対となって駆動ビーム40の一方の端42を駆
動する第1の駆動手段61が構成されている。
The electrostatic actuator 6 of this embodiment is an actuator that moves like a seesaw as a whole, and the substrate 20 is moved in the direction perpendicular to the direction in which the optical element 3 moves up and down, that is, in the first and second directions. Or total reflection surface 1a
And a drive beam 40 extending substantially in parallel with. The drive beam 40 is rotatably supported by the support unit 50 on the substrate 20 with the middle as a fulcrum 41, and the optical element 3, which is a switching unit, at one end (left side in the drawing) 42 via the support unit 5. You can turn while supporting. An upper electrode 7a serving as a first electrode is formed at one end 42 of the drive beam 40, and a lower electrode 8a serving as a second electrode is disposed on the upper surface of the substrate 20 facing the upper electrode 7a. Therefore, the first drive means 61 for driving the one end 42 of the drive beam 40 by pairing the upper electrode 7a and the lower electrode 8a constitutes.

【0032】一方、駆動ビーム40の他方の端43にも
第3の電極となる上電極7bが形成されて、これと対峙
する基板20の上面に第4の電極となる下電極8bが配
置されている。したがって、これら上電極7bと下電極
8bが対となって駆動ビーム40の他方の端43を駆動
する第2の駆動手段62が構成されている。
On the other hand, an upper electrode 7b serving as a third electrode is also formed at the other end 43 of the drive beam 40, and a lower electrode 8b serving as a fourth electrode is disposed on the upper surface of the substrate 20 facing the upper electrode 7b. ing. Therefore, the upper electrode 7b and the lower electrode 8b are paired to form a second driving means 62 for driving the other end 43 of the driving beam 40.

【0033】図2に、映像表示装置80を構成する光ス
イッチング素子10の構造を順次説明するためにそれら
を上方から見た様子を模式的に示してある。上段には、
光学素子3が配置されている様子を示し、中段には、光
学素子3の下に位置する駆動ビーム40、支持部50を
構成する支持ビーム51および上電極7aおよび7bを
有する第2層の構造をハッチングして示してある。さら
に、下段には、それらの下方、すなわち、基板20に配
置されている下電極8aおよび8bをハッチングで示し
てある。
FIG. 2 schematically shows the optical switching elements 10 constituting the video display device 80 viewed from above in order to sequentially explain the structure thereof. In the upper row,
FIG. 6 shows a state in which the optical element 3 is arranged. In the middle part, a structure of a second layer including a drive beam 40 located below the optical element 3, a support beam 51 constituting the support unit 50, and upper electrodes 7a and 7b. Are indicated by hatching. Further, in the lower part, the lower electrodes 8a and 8b arranged below them, that is, the lower electrodes 8a and 8b arranged on the substrate 20 are indicated by hatching.

【0034】また、図3には、駆動ビーム40、支持ビ
ーム51および上電極7aおよび7bを有する第2層の
構造を抜き出して拡大して示し、図4には、アクチュエ
ータ6の部分を抜き出し、駆動ビーム40に沿った断面
により示してある。以降では、これらの図面を参照しな
がらさらに説明する。
FIG. 3 shows the structure of the second layer having the drive beam 40, the support beam 51 and the upper electrodes 7a and 7b in an enlarged manner. In FIG. It is shown by a cross section along the drive beam 40. Hereinafter, further description will be made with reference to these drawings.

【0035】駆動ビーム40、支持部50を構成する支
持ビーム51および上電極7aおよび7bを有する第2
層は、薄膜で適当な弾性が得られる導電性薄膜材、例え
ばAl膜などにより形成されている。駆動ビーム40を
支持する支持部50は、駆動ビーム40の支点41か
ら、駆動ビーム40と直交する方向に、基板20と平行
に伸びた弾性のある支持ビーム51と、この支持ビーム
51の両端51aを基板20から支持するために上方に
伸びた支柱(ポスト)11とを備えている。この支柱1
1は、さらに半導体基板20の最上面に積層されたアン
カープレート9に接続されており、駆動ビーム40を基
板20に対し十分な強度で保持できる構成となってい
る。支持ビーム51は、駆動ビーム40を中間位置に保
持するためのばね弾性を与える部分であり、第1および
第2の駆動手段61および62に対し、それほど大きな
抵抗にならない。また、駆動ビーム40を中間位置に保
持できる程度の力が得られるような弾性力が発揮できる
ように設計されている。また、アンカープレート9を介
して半導体基板20に構成された駆動回路21から第2
層の電位を設定することができる。
The driving beam 40, the supporting beam 51 constituting the supporting portion 50, and the second having the upper electrodes 7a and 7b
The layer is formed of a conductive thin film material which can obtain appropriate elasticity with a thin film, for example, an Al film or the like. The support portion 50 supporting the drive beam 40 includes an elastic support beam 51 extending from the fulcrum 41 of the drive beam 40 in a direction perpendicular to the drive beam 40 in parallel with the substrate 20, and both ends 51 a of the support beam 51. And supporting columns (posts) 11 extending upward to support the substrate 20 from the substrate 20. This pillar 1
1 is further connected to the anchor plate 9 laminated on the uppermost surface of the semiconductor substrate 20, and has a configuration capable of holding the drive beam 40 with sufficient strength to the substrate 20. The support beam 51 is a portion that provides spring elasticity for holding the drive beam 40 at an intermediate position, and does not cause much resistance to the first and second drive units 61 and 62. Further, it is designed such that an elastic force capable of obtaining a force enough to hold the drive beam 40 at the intermediate position can be exerted. Further, a second driving circuit 21 formed on the semiconductor substrate 20 via the anchor plate 9
The potential of the layer can be set.

【0036】図2および図3に示すように、駆動ビーム
40の一方の端42は、基板20と平行な方向に広がっ
ており、駆動ビーム40を中心として左右(図では上
下)に対称にほぼ平坦な方形な面が形成された第1の駆
動手段61の上電極7aとなっている。これらの上電極
7aには、破線で示してあるエリア44に光学素子3の
サポート構造5が接続される。駆動ビーム40と上電極
7aとの接続部分46は細く括れており、柔軟性のある
形状になっているが、接続部分46より左右に接続され
ている上電極7aはほぼ支持ビーム51に達するまで広
がっており、面積の大きな電極が形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, one end 42 of the drive beam 40 extends in a direction parallel to the substrate 20 and is substantially symmetrical left and right (up and down in the figure) about the drive beam 40. It serves as the upper electrode 7a of the first driving means 61 having a flat rectangular surface. The support structure 5 of the optical element 3 is connected to the upper electrode 7a in an area 44 indicated by a broken line. The connecting portion 46 between the drive beam 40 and the upper electrode 7a is narrowly narrowed and has a flexible shape, but the upper electrode 7a connected left and right from the connecting portion 46 almost reaches the support beam 51. An electrode which is wide and has a large area is formed.

【0037】一方、駆動ビーム40の他方の端43も、
基板20と平行な方向に広がっており、駆動ビーム40
を中心として左右(図では上下)に対称にほぼ平坦な方
形な面が形成された第2の駆動手段62の上電極7bと
なっている。この上電極7bもほぼ支持ビーム51に達
するまで広がっており、面積の大きな電極が形成されて
いる。これら上電極7aおよび7bは、上述したよう
に、支持ビーム51を介して支柱11に接続されてお
り、全て等電位になる。
On the other hand, the other end 43 of the drive beam 40 also
The driving beam 40 extends in a direction parallel to the substrate 20.
The upper electrode 7b of the second drive means 62 has a substantially flat rectangular surface formed symmetrically left and right (up and down in the figure) with the center as the center. The upper electrode 7b also extends almost until it reaches the support beam 51, and an electrode having a large area is formed. As described above, these upper electrodes 7a and 7b are connected to the support 11 via the support beam 51, and are all at the same potential.

【0038】また、駆動ビーム40の他方の端43に
は、第2の駆動手段62を構成する電極間の吸引を防止
するストッパー45が、駆動ビーム40の他方の端43
から下電極8bの方向に突き出るように形成されてい
る。さらに、駆動ビーム40には、電極7aおよび7b
との接続部分46および47を除いて剛性を高くするよ
うに、長手方向に沿って窪み48が形成されている。こ
の窪み48は、図4に、A−A’線で切断した様子で示
すように、下電極8aおよび8bの方向、すなわち、基
板20の側に向かって突き出るように凹んでおり、駆動
ビーム40の支持ビーム51と交差する支点41を挟ん
で長手方向に沿って連続して形成されている。この窪み
48は、他の端43に形成されたストッパー45と同じ
方向に突き出ているので、同じプロセスで形成すること
が可能であり、また、窪み48が第1の駆動手段61を
構成する電極間の吸引を防止するストッパーとしても機
能する。この窪み48の終端(両端)48aおよび48
bは、上電極7aおよび7bと駆動ビーム40との接続
部分46および47の手前まで延びているが、接続部分
46および47には窪み48は形成されていない。した
がって、接続部分46および47は柔構造であり、上電
極7aおよび7bを基板20と平行に動かし、また、光
学素子3の抽出面3aを全反射面1aに密着させること
ができる。
At the other end 43 of the drive beam 40, a stopper 45 for preventing suction between the electrodes constituting the second drive means 62 is provided.
Are formed so as to protrude in the direction of the lower electrode 8b. Further, the drive beam 40 includes electrodes 7a and 7b
A recess 48 is formed along the longitudinal direction so as to increase the rigidity except for the connection parts 46 and 47 with the connection. The depression 48 is recessed so as to protrude toward the lower electrodes 8a and 8b, that is, toward the substrate 20, as shown in FIG. Are formed continuously along the longitudinal direction with the fulcrum 41 intersecting with the support beam 51 of the first embodiment. Since the depression 48 protrudes in the same direction as the stopper 45 formed at the other end 43, the depression 48 can be formed by the same process, and the depression 48 constitutes the first driving means 61. It also functions as a stopper to prevent suction between. The ends (both ends) 48a and 48 of the depression 48
b extends to a position before connecting portions 46 and 47 between the upper electrodes 7a and 7b and the drive beam 40, but the connecting portions 46 and 47 are not formed with a depression 48. Therefore, the connection portions 46 and 47 have a flexible structure, and the upper electrodes 7a and 7b can be moved in parallel with the substrate 20, and the extraction surface 3a of the optical element 3 can be brought into close contact with the total reflection surface 1a.

【0039】本例の光スイッチング素子10は、したが
って、図1の左側の光スイッチング素子10aに示すよ
うに、第2の駆動手段62を構成する上電極7bと下電
極8bの間に適当な電圧を印加し、電位差を発生させる
と、これらの電極が互いに引き合い駆動ビーム40の右
端(他方の端)43が下がり、支点41を中心に旋回
し、駆動ビーム40の左端(一方の端)42に搭載され
た光学素子3が上がり第1の位置に移動する。そして、
光ガイド1の下面(全反射面)1aに、光学素子3のマ
イクロプリズム4の上面(抽出面)3aが、ならうよう
に接すると光ガイド1の光2を抽出し、光ガイド1に対
し垂直方向に出射光2aを出力してオン状態となる。
Therefore, the optical switching element 10 of the present embodiment has an appropriate voltage between the upper electrode 7b and the lower electrode 8b constituting the second driving means 62, as shown in the optical switching element 10a on the left side of FIG. Is applied to generate a potential difference, these electrodes attract each other and the right end (the other end) 43 of the drive beam 40 is lowered, pivots around the fulcrum 41, and moves to the left end (one end) 42 of the drive beam 40. The mounted optical element 3 rises and moves to the first position. And
When the upper surface (extraction surface) 3a of the microprism 4 of the optical element 3 comes into contact with the lower surface (total reflection surface) 1a of the light guide 1 so as to follow, the light 2 of the light guide 1 is extracted. The outgoing light 2a is output in the vertical direction and is turned on.

【0040】一方、図1の右側の光スイッチング素子1
0bに示すように、第1の駆動手段61を構成する上電
極7aと下電極8aの間に適当な電圧を印加し、電位差
を発生させると、これらの電極が互いに引き合い駆動ビ
ーム40の一方の端42が下がり、支点41を中心に旋
回し、駆動ビーム40の他方の端43は離れる。そし
て、一方の端42に搭載された光学素子3は下がり、光
ガイド1から離れた下方の第2の位置に移動する。した
がって、光学素子3の抽出面3aは全反射面1aから離
れるので、エバネセント光は抽出できず、光ガイド1の
光2は出射されない。このため、光スイッチング素子1
0bはオフ状態となる。
On the other hand, the optical switching element 1 on the right side of FIG.
As shown in FIG. 0b, when an appropriate voltage is applied between the upper electrode 7a and the lower electrode 8a constituting the first driving means 61 to generate a potential difference, these electrodes attract each other and one of the driving beams 40 End 42 descends and pivots about fulcrum 41, leaving the other end 43 of drive beam 40 apart. Then, the optical element 3 mounted on one end 42 moves down and moves to a second position below and away from the light guide 1. Therefore, since the extraction surface 3a of the optical element 3 is separated from the total reflection surface 1a, evanescent light cannot be extracted, and the light 2 of the light guide 1 is not emitted. Therefore, the optical switching element 1
0b is off.

【0041】さらに、電圧を印加しない場合、すなわ
ち、第1の駆動手段61を構成する上電極7aと下電極
8aを同電位とし、第2の駆動手段62を構成する上電
極7bと下電極8bを同電位とすると、図1の中央の光
スイッチング素子10cに示すように、駆動ビーム40
には静電力が働かず、支持ビーム51の弾性力によりほ
ぼ水平な中間状態となる。したがって、駆動ビーム40
の一方の端42に搭載された光学素子3の抽出面3aは
光ガイド1の全反射面1aから離れた位置となり、光ガ
イド1から光2はほとんど抽出されず、ほぼオフの状態
になる。
Further, when no voltage is applied, that is, the upper electrode 7a and the lower electrode 8a forming the first driving means 61 are set to the same potential, and the upper electrode 7b and the lower electrode 8b forming the second driving means 62 are formed. Are the same potential, as shown in the optical switching element 10c in the center of FIG.
Does not work, and the elastic force of the support beam 51 causes the intermediate state to be substantially horizontal. Therefore, the driving beam 40
The extraction surface 3a of the optical element 3 mounted on one end 42 of the light guide 1 is located at a position distant from the total reflection surface 1a of the light guide 1, and the light 2 is hardly extracted from the light guide 1 and is almost off.

【0042】このように、静電アクチュエータ6は、駆
動ビーム40が支点41を中心にして旋回し、第1の位
置と第2の位置の方向にスイッチング部である光学素子
3を上下方向に移動させるシーソ構造となっている。し
たがって、図4に示すように、光学素子3の移動距離、
すなわち、第1の位置および第2の位置の距離(移動
量)Dである場合に、駆動ビーム40を駆動する第1お
よび第2の駆動手段61および62の移動量d1および
移動量d2は、中間状態を基準に考えると移動量Dの半
分程度になる。すなわち、図5に示した光スイッチング
素子では、光学素子部の移動量と、アクチュエータの移
動量がほぼ等しかったのに対し、本例のアクチュエータ
6においては、ほぼ半分程度の移動量d1およびd2
で、オンとなる第1の位置からオフとなる第2の位置に
移動できる。したがって、第1の駆動手段61を構成す
る電極7aおよび8aの間隔(ギャップ)G1と、第2
の駆動手段62を構成する電極7bおよび8bの間隔
(ギャップ)G2とを図5に示した2層構造のアクチュ
エータのほぼ半分にすることができる。
As described above, in the electrostatic actuator 6, the drive beam 40 turns around the fulcrum 41, and moves the optical element 3 as the switching unit in the directions of the first position and the second position in the vertical direction. It has a seesaw structure. Therefore, as shown in FIG.
That is, when the distance (movement amount) D between the first position and the second position is the movement amount d1 and the movement amount d2 of the first and second driving units 61 and 62 that drive the drive beam 40, Considering the intermediate state as a reference, it is about half of the movement amount D. That is, in the optical switching element shown in FIG. 5, the movement amount of the optical element portion and the movement amount of the actuator were almost equal, whereas in the actuator 6 of the present example, the movement amounts d1 and d2 were approximately half.
Thus, it is possible to move from the first position where it is turned on to the second position where it is turned off. Therefore, the gap (gap) G1 between the electrodes 7a and 8a constituting the first driving means 61 and the second
The distance (gap) G2 between the electrodes 7b and 8b constituting the driving means 62 can be reduced to almost half of the two-layered actuator shown in FIG.

【0043】先に式(1)を参照して説明したように駆
動電圧Veは、ギャップGの二乗に比例するのでギャッ
プGを半分にすることにより、駆動電極の面積Sが同じ
であれば駆動電圧Veをほぼ1/4にすることができ
る。したがって、本例の静電アクチュエータ6は、従来
の1/4程度の駆動電圧で駆動することができる。
Since the drive voltage Ve is proportional to the square of the gap G as described above with reference to the equation (1), the gap G is halved. The voltage Ve can be reduced to approximately 1/4. Therefore, the electrostatic actuator 6 of the present example can be driven with a drive voltage of about 1 / of the conventional drive voltage.

【0044】さらに、本例の静電アクチュエータ6で
は、駆動ビーム40を支持する支点42の位置を、光学
素子3を支持する一方の端42と支点41との距離L1
に対し、光学素子3をオン方向に駆動する支点41と他
方の端43との距離L2が短くなるようにしている。す
なわち、駆動ビーム40の上電極7aの接続部分46か
ら支持ビーム51までの距離L1(図の左側)の方が、
上電極7bの接続部分47から支持ビーム51までの距
離L2より長くなっている。したがって、第2の駆動手
段62が移動量d2だけ変位すると、光学素子3はその
L1/L2倍だけ大きく移動する。すなわち、光学素子
3の動きに対して第2の駆動手段62を構成する電極7
bおよび8bとのギャップG2をさらに小さくすること
ができる。したがって、本例のアクチュエータ6におい
ては、図5に示したアクチュエータの1/4以下の駆動
電圧Veで光学素子3を駆動することができる。
Further, in the electrostatic actuator 6 of this embodiment, the position of the fulcrum 42 for supporting the drive beam 40 is determined by the distance L1 between one end 42 for supporting the optical element 3 and the fulcrum 41.
In contrast, the distance L2 between the fulcrum 41 for driving the optical element 3 in the ON direction and the other end 43 is reduced. That is, the distance L1 (left side in the figure) from the connection portion 46 of the upper electrode 7a of the drive beam 40 to the support beam 51 is smaller.
It is longer than the distance L2 from the connection portion 47 of the upper electrode 7b to the support beam 51. Therefore, when the second driving means 62 is displaced by the movement amount d2, the optical element 3 moves largely by L1 / L2 times. That is, the electrode 7 constituting the second driving means 62 with respect to the movement of the optical element 3
The gap G2 between b and 8b can be further reduced. Therefore, in the actuator 6 of this example, the optical element 3 can be driven with a drive voltage Ve that is 1 / or less of that of the actuator shown in FIG.

【0045】実際のこれらの電極7aおよび8aのギャ
ップG1と、電極7bおよび8bのギャップG2は、ス
トッパーとなる駆動ビーム40の窪み48の高さm1お
よびストッパー45の高さm2を考慮すると以下のよう
に表すことができ、光学素子3の移動量Dに対して次の
ようになる。
The actual gap G1 between the electrodes 7a and 8a and the gap G2 between the electrodes 7b and 8b are as follows in consideration of the height m1 of the depression 48 of the drive beam 40 serving as a stopper and the height m2 of the stopper 45. And the following is given with respect to the movement amount D of the optical element 3.

【0046】d1=G1−m1 d2=G2−m2 D=d1+(L1/L2)×d2 ・・・・(3) ストッパーの高さm1およびm2だけギャップG1およ
びG2は広くなるので、実際にギャップG1およびG2
を従来のアクチュエータの半分あるいはそれ以下にする
ことは困難であるとしても、ほぼ半分程度までは縮小す
ることが可能であり、駆動電圧VeがギャップGの二乗
に比例することを考慮すると、本例のアクチュエータ6
を採用することにより駆動電圧を抑制できる効果は非常
に大きい。たとえば、従来の2層のアクチュエータでは
駆動電圧が20V程度であったのに対し、本例のアクチ
ュエータ6であれば、駆動電圧Veを5V程度まで下げ
ることが可能であり、半導体基板20に構成されるCM
OS回路の駆動電圧と同じレベルになるので、CMOS
回路で直に第1の駆動手段61および第2の駆動手段6
2に電圧を印加することも可能となる。
D1 = G1-m1 d2 = G2-m2 D = d1 + (L1 / L2) × d2 (3) Since the gaps G1 and G2 are widened by the heights m1 and m2 of the stopper, the gaps G1 and G2 are actually increased. Gap G1 and G2
Is difficult to reduce to half or less than that of the conventional actuator, but it can be reduced to about half, and considering that the drive voltage Ve is proportional to the square of the gap G, Actuator 6
The effect of suppressing the drive voltage by adopting the method is very large. For example, while the drive voltage is about 20 V in the conventional two-layer actuator, the drive voltage Ve can be reduced to about 5 V in the actuator 6 of the present embodiment, and the drive voltage is set to about 5 V. CM
Since the level is the same as the drive voltage of the OS circuit, the CMOS
The first driving means 61 and the second driving means 6
2 can also be applied with a voltage.

【0047】さらに、ギャップGが小さくなって駆動電
圧Veを下げることができるので、電極面積Sが小さく
なっても駆動電圧Veを上げなくてよく、あるいは電極
面積Sの縮小度によっては駆動電圧Veを下げることも
可能である。したがって、従来よりもコンパクトで駆動
電圧の低い光スイッチング素子10を提供することが可
能である。さらに、本例の光スイッチング素子10を用
いた映像表示デバイス80においては、光スイッチング
素子10をサイズダウンすることができるので、高密度
化、高解像度化が可能であり、コンパクトで画質の良い
画像を出力することができる映像表示デバイスを提供で
きる。そして、駆動電圧を低減できるので、CMOS回
路から直に駆動できるようにすることが可能となり、高
電圧を印加するためのドライバ回路が不要となり、CM
OS回路と一体となった映像表示デバイスを非常にコン
パクトに形成することができる。また、駆動電圧が下が
るので電量消費も小さくなり、駆動用に高電圧を生成す
る必要もなくなるので、そのためのロスも削減できる。
したがって、低消費電力でコンパクトでありながら、高
解像度な映像表示デバイス80を提供することができ
る。
Further, since the gap G is reduced and the drive voltage Ve can be reduced, the drive voltage Ve does not need to be increased even if the electrode area S is reduced, or the drive voltage Ve depends on the degree of reduction of the electrode area S. It is also possible to lower. Therefore, it is possible to provide the optical switching element 10 which is more compact and has a lower driving voltage than before. Further, in the video display device 80 using the optical switching element 10 of the present embodiment, the size of the optical switching element 10 can be reduced, so that a high-density and high-resolution image can be obtained. Can be provided. Further, since the driving voltage can be reduced, it is possible to directly drive from the CMOS circuit, and a driver circuit for applying a high voltage is not required.
The video display device integrated with the OS circuit can be formed very compact. Further, since the driving voltage is reduced, the power consumption is reduced, and it is not necessary to generate a high voltage for driving, so that the loss for that can be reduced.
Therefore, it is possible to provide a high-resolution video display device 80 which is compact with low power consumption.

【0048】中間位置からの移動量を小さくして駆動電
圧を低減することができるアクチュエータは上下電極の
間で駆動される中間電極を設けることでも実現可能であ
ることは上述した通りである。しかしながら、中間電極
を設けた3層構造のアクチュエータは上述した通り、工
数が非常に増加するために歩留まりが著しく低下し、現
実的ではない。これに対し、本例のアクチュエータ6
は、上電極7aおよび7bと、下電極8aおよび8bを
備えた層構造的には従来と同じ2層構造である。したが
って、工数を増やすことなく、また、歩留まりを低下さ
せずに低コストで品質の高いものを製造することが可能
である。
As described above, an actuator capable of reducing the drive voltage by reducing the amount of movement from the intermediate position can be realized by providing an intermediate electrode driven between the upper and lower electrodes. However, as described above, the actuator of the three-layer structure provided with the intermediate electrode requires a very large number of steps, so that the yield is remarkably reduced, which is not practical. In contrast, the actuator 6 of the present example
Has the same two-layer structure as that of the related art, including upper electrodes 7a and 7b and lower electrodes 8a and 8b. Therefore, it is possible to manufacture low-cost, high-quality products without increasing the number of steps and without reducing the yield.

【0049】さらに、本例の静電アクチュエータ6で
は、光学素子(スイッチング部)3を光ガイド1に密着
させて、エバネセント光を確実に抽出できる幾つかの構
造を採用している。まず、駆動ビーム40は、電極7a
および7bとの接続部分46および47を除いて剛性を
上げるように窪み48を形成している。したがって、第
2の駆動手段62で駆動ビーム40の他方の端43を駆
動したときに、駆動ビーム40が撓むのを防止して第2
の駆動手段62の力を光学素子3が搭載された一方の端
42に効率良く伝達することが可能となる。このため、
光学素子3の抽出面3aを十分な力で全反射面1aに押
し付けることが可能となり、光の利用効率を向上でき
る。
Further, the electrostatic actuator 6 of this embodiment employs several structures capable of securely extracting the evanescent light by bringing the optical element (switching portion) 3 into close contact with the light guide 1. First, the drive beam 40 is applied to the electrode 7a.
A recess 48 is formed so as to increase rigidity except for connection portions 46 and 47 to the connection portions 7 and 7b. Accordingly, when the other end 43 of the drive beam 40 is driven by the second drive means 62, the drive beam 40 is prevented from bending, and
Can be efficiently transmitted to one end 42 on which the optical element 3 is mounted. For this reason,
The extraction surface 3a of the optical element 3 can be pressed against the total reflection surface 1a with a sufficient force, and the light use efficiency can be improved.

【0050】このように梁である駆動ビーム40の中央
付近を補強すると共に、電極7aおよび7bとの接続部
分46および47は補強せず、駆動ビーム40の中央部
に対して柔構造にしている。図1に示したように、駆動
ビーム40の先端42および43は支点41を中心に円
運動するので、剛構造であると、電極7a、7bおよび
光学素子3は全反射面1aあるいは基板20に対して傾
き、平行にならない。したがって、電極7aおよび7b
は対峙する電極8aおよび8bとの間に大きな隙間が開
いてしまい、特に、第2の駆動手段62においては光学
素子3を光ガイド1に押し付ける力が得られない。ま
た、光学素子3においては、光抽出面3aと全反射面1
aが密着しないので光の抽出効率が低下し、コントラス
トが低下する。
As described above, the vicinity of the center of the drive beam 40, which is a beam, is reinforced, and the connection portions 46 and 47 to the electrodes 7a and 7b are not reinforced. . As shown in FIG. 1, the tips 42 and 43 of the drive beam 40 make a circular motion about the fulcrum 41, so that if they have a rigid structure, the electrodes 7a and 7b and the optical element 3 will be placed on the total reflection surface 1a or the substrate 20. Tilt and not parallel. Therefore, the electrodes 7a and 7b
In this case, a large gap is opened between the electrodes 8a and 8b facing each other. In particular, in the second driving means 62, a force for pressing the optical element 3 against the light guide 1 cannot be obtained. In the optical element 3, the light extraction surface 3 a and the total reflection surface 1 a
Since a does not adhere, the light extraction efficiency decreases, and the contrast decreases.

【0051】これに対し、駆動ビーム40の両端42お
よび43の接続部分46および47を撓みやすいように
相対的に柔軟にすると、電極7aおよび7bは、対峙し
た電極8aおよび8bに近づくと、それらの電極8aお
よび8bにならって平行になり、ストッパーで確保され
た最小距離まで近づくことができる。したがって、強力
な駆動力を得ることができ、特に、第2の駆動手段62
においては、光学素子3を光ガイド1に押し付ける十分
な力を得ることができる。また、光学素子3において
も、抽出面3aが全反射面1aに近づくと、抽出面3a
が全反射面1aと平行になるように接続部分46が撓
み、抽出面3が全反射面1aにならって密着する。した
がって、効率良くエバネセント光を抽出することがで
き、光の利用効率を上げ、コントラストの大きな光スイ
ッチング素子10および映像表示デバイス80を提供す
ることができる。
On the other hand, if the connecting portions 46 and 47 of the both ends 42 and 43 of the drive beam 40 are made relatively flexible so as to be easily bent, the electrodes 7a and 7b move closer to the opposing electrodes 8a and 8b. Parallel to the electrodes 8a and 8b, and can approach the minimum distance secured by the stopper. Therefore, a strong driving force can be obtained, and in particular, the second driving means 62
In, a sufficient force for pressing the optical element 3 against the light guide 1 can be obtained. Also, in the optical element 3, when the extraction surface 3a approaches the total reflection surface 1a, the extraction surface 3a
Is bent in such a manner that the surface becomes parallel to the total reflection surface 1a, and the extraction surface 3 closely adheres to the total reflection surface 1a. Therefore, the evanescent light can be efficiently extracted, the light use efficiency can be increased, and the optical switching element 10 and the image display device 80 with high contrast can be provided.

【0052】特に、駆動ビーム40の剛性を高くする窪
み48の終端48bと接続部分47との間には適当な間
隔Hを設けておくことが望ましい。適当な間隔Hを設け
ることで、上電極7bが下電極8bに近づいて、ある一
定以上の力が第2の駆動手段62で発生すると、接続部
分47の近傍の間隔Hの部分が撓み、上電極7bと下電
極8bが並行な状態になろうとすることによって、支点
41を挟んで反対側の上電極7aを上方への大きく押し
上げようとする。したがって、この接続部分47の間隔
Hを撓まして、駆動ビーム40を大きく旋回させること
で、オン位置である第1の位置において、光学素子部3
の抽出面3aを、光ガイド1の底面(全反射面)1aに
確実に密着させることができる。さらに、適当な間隔H
を設定しておくことにより、オン位置で駆動ビーム40
の一方の端42が大きく旋回する量を確保することがで
きるので、光ガイド1と基板20との間の寸法公差が比
較的大きい場合でも十分にその公差を吸収し、抽出面3
aを全反射面1aに密着させることができる。
In particular, it is desirable to provide an appropriate interval H between the terminal end 48b of the depression 48 for increasing the rigidity of the drive beam 40 and the connection portion 47. By providing an appropriate interval H, when the upper electrode 7b approaches the lower electrode 8b and a certain or more force is generated by the second driving means 62, the portion of the interval H near the connection portion 47 bends, and When the electrode 7b and the lower electrode 8b try to be in a parallel state, the upper electrode 7a on the opposite side of the fulcrum 41 is largely pushed upward. Therefore, by bending the distance H between the connection portions 47 and turning the drive beam 40 largely, the optical element portion 3 is turned on at the first position which is the ON position.
Can be reliably brought into close contact with the bottom surface (total reflection surface) 1a of the light guide 1. Further, an appropriate interval H
Is set in advance, the drive beam 40 is turned on at the on position.
Of the light guide 1 and the substrate 20 can be sufficiently absorbed even when the dimensional tolerance between the light guide 1 and the substrate 20 is relatively large, and the extraction surface 3 can be secured.
a can be brought into close contact with the total reflection surface 1a.

【0053】さらに、本例では、駆動ビーム40の光学
素子3を支持する一方の端42の上電極7aとの接続部
分46を、スイッチング部である光学素子3の重心3g
の鉛直線上の重心3gとほぼ一致する非常に近い位置に
設けてある。したがって、駆動ビーム40により光学素
子3のバランスを保った状態で移動させることができ
る。このため、光学素子3の抽出面3aが全反射面1a
に接触するときに不必要に傾いたりすることがなく、ス
ムーズに光学素子3を光ガイド1に密着させることがで
きる。このように、本例の静電アクチュエータ6は、こ
れによって駆動される光学素子3が光ガイド1に密着
し、効率良く光2を出射できるようにしている。したが
って、光の利用効率が高く、明るく、またコントラスト
の大きな光スイッチング素子10および映像表示デバイ
ス80を提供することができる。
Further, in this embodiment, the connecting portion 46 of the one end 42 of the drive beam 40 supporting the optical element 3 and the upper electrode 7a is connected to the center of gravity 3g of the optical element 3 as a switching section.
And very close to the center of gravity 3g on the vertical line. Therefore, the optical element 3 can be moved by the drive beam 40 while maintaining the balance. For this reason, the extraction surface 3a of the optical element 3 becomes the total reflection surface 1a.
The optical element 3 can be smoothly brought into close contact with the light guide 1 without being unnecessarily tilted when it comes into contact with the light guide 1. As described above, in the electrostatic actuator 6 of the present embodiment, the optical element 3 driven thereby is brought into close contact with the light guide 1 so that the light 2 can be emitted efficiently. Therefore, it is possible to provide the light switching element 10 and the image display device 80 that have high light use efficiency, are bright, and have high contrast.

【0054】また、本例の静電アクチュエータ6は、図
1の中央の光スイッチング素子10cに示すように、第
1の駆動手段61および第2の駆動手段62に電圧を印
加しなければ、支持ビーム51の弾性によって駆動ビー
ム40がほぼ水平な中間状態に保持される。したがっ
て、光学素子3は、光を出力するオン状態となる第1の
位置から離れた位置となる。このため、映像表示装置8
0において、画面を消去するときには、全ての画素を構
成する光スイッチング素子10の電圧を単にオフにすれ
ば良い。これに対し、図5に示したアクチュエータを用
いた映像表示デバイス50では、画面を消去するための
電圧を印加して強制的に光学素子3を光ガイド1から離
す必要がある。したがって、本発明の光スイッチング素
子10を用いた映像表示デバイス80は、映像を表示し
ないオフ状態のときに電力を供給する必要はなく、この
点でも省電力化できる。
Further, as shown by the optical switching element 10c in the center of FIG. 1, the electrostatic actuator 6 of this embodiment is supported when no voltage is applied to the first driving means 61 and the second driving means 62. Due to the elasticity of the beam 51, the drive beam 40 is maintained in a substantially horizontal intermediate state. Therefore, the optical element 3 is located at a position distant from the first position where light is output to be in the ON state. Therefore, the image display device 8
At 0, when erasing the screen, the voltages of the optical switching elements 10 constituting all the pixels may be simply turned off. On the other hand, in the video display device 50 using the actuator shown in FIG. 5, it is necessary to apply a voltage for erasing the screen to forcibly separate the optical element 3 from the light guide 1. Therefore, the video display device 80 using the optical switching element 10 of the present invention does not need to supply power when the video display device is in the off state where no video is displayed, and power can be saved also in this regard.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の静電ア
クチュエータは、支点を中心に旋回する駆動ビームの一
方の端でスイッチング部を支持し、駆動ビームの両端を
第1および第2の駆動手段により静電的に駆動してい
る。したがって、スイッチング部の移動量に対し、第1
および第2の駆動手段を構成する電極間の距離をほぼ半
分程度まで小さくすることができる。このため、第1お
よび第2の駆動手段を駆動する電圧を1/4程度まで低
減することが可能であり、低電圧駆動で低消費電力の静
電アクチュエータおよびそれを用いた光スイッチング素
子、さらには映像表示デバイスを提供できる。さらに、
本発明の静電アクチュエータは第1および第2の駆動手
段を上下電極の組み合わせで構成できるので、2層構造
となる。したがって、上下電極の間に中間電極を配置し
たような3層構造と異なり、製造工程も少なく、十分に
高い歩留まりで製造することができる。このため、本発
明により、実際に量産可能な静電アクチュエータで、低
電圧駆動ができる静電アクチュエータを提供することが
できる。そして、この静電アクチュエータにより駆動電
圧を大幅に低減できるので、電極面積を削減することが
可能となり、エバネセント光を用いて光をオンオフする
光スイッチング素子をコンパクトで低電圧駆動にするこ
とができる。さらに、エバネセント光を利用した高コン
トラストで高解像度であり、さらに、コンパクトな映像
表示デバイスを実際に提供することが可能となる。
As described above, in the electrostatic actuator of the present invention, the switching section is supported at one end of the drive beam rotating around the fulcrum, and both ends of the drive beam are first and second. It is electrostatically driven by the driving means. Therefore, the amount of movement of the switching unit
In addition, the distance between the electrodes constituting the second driving means can be reduced to about half. For this reason, it is possible to reduce the voltage for driving the first and second driving means to about 1/4, to drive the electrostatic actuator with low voltage and low power consumption, an optical switching element using the same, and Can provide a video display device. further,
The electrostatic actuator of the present invention has a two-layer structure because the first and second driving means can be constituted by a combination of upper and lower electrodes. Therefore, unlike a three-layer structure in which an intermediate electrode is arranged between upper and lower electrodes, the number of manufacturing steps is small, and manufacturing can be performed with a sufficiently high yield. Therefore, the present invention can provide an electrostatic actuator that can be mass-produced and that can be driven at a low voltage. Since the driving voltage can be greatly reduced by this electrostatic actuator, the electrode area can be reduced, and the optical switching element for turning on and off light using evanescent light can be compactly driven at low voltage. Furthermore, a high-contrast, high-resolution and compact video display device using evanescent light can be actually provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る静電アクチュエータを用いてエバ
ネセント光を利用した光スイッチング素子を備えた映像
表示デバイスの概要を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a video display device provided with an optical switching element using evanescent light using an electrostatic actuator according to the present invention.

【図2】図1に示した静電アクチュエータおよび光スイ
ッチング素子の構成を説明するために、光スイッチング
素子および静電アクチュエータを構成する各層の構成を
平面的に示す図である。
FIG. 2 is a plan view showing the configuration of each layer constituting the optical switching element and the electrostatic actuator in order to explain the configuration of the electrostatic actuator and the optical switching element shown in FIG. 1;

【図3】図2に示した静電アクチュエータを構成する第
2層の構造を抜き出して示す図である。
FIG. 3 is a view showing a structure of a second layer constituting the electrostatic actuator shown in FIG. 2;

【図4】図3に示した静電アクチュエータを駆動ビーム
に沿った断面で切断した図である。
FIG. 4 is a view of the electrostatic actuator shown in FIG. 3 cut along a cross section along a drive beam.

【図5】エバネセント光を利用した光スイッチング素子
を備えた映像表示デバイスの概要を示す図である。
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating an image display device including an optical switching element using evanescent light.

【図6】図5に示した静電アクチュエータを基板側から
見た様子を模式的に示す図である。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a state where the electrostatic actuator shown in FIG. 5 is viewed from a substrate side.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 導光板(光ガイド) 2 入射光 3 光学素子(スイッチング部) 4 マイクロプリズム 5 サポート 6、96 静電アクチュエータ 7a 第1の電極(上電極) 7b 第3の電極(上電極) 8a 第2の電極(下電極) 8b 第4の電極(下電極) 10 光スイッチング素子 11 ポスト(支柱) 20 半導体基板 40 駆動ビーム 41 支点 42 駆動ビームの片端 43 駆動ビームの他方の端 44 スイッチング部との接続部分(エリア) 45 ストッパー 46、47 接続部分 48 窪み 50 支持部 51 支持ビーム 61 第1の駆動手段 62 第2の駆動手段 80 映像表示装置 Reference Signs List 1 light guide plate (light guide) 2 incident light 3 optical element (switching part) 4 microprism 5 support 6, 96 electrostatic actuator 7a first electrode (upper electrode) 7b third electrode (upper electrode) 8a second Electrode (lower electrode) 8b Fourth electrode (lower electrode) 10 Optical switching element 11 Post (post) 20 Semiconductor substrate 40 Drive beam 41 Support point 42 One end of drive beam 43 The other end of drive beam 44 Connection part with switching part (Area) 45 Stopper 46, 47 Connection part 48 Depression 50 Support part 51 Support beam 61 First drive means 62 Second drive means 80 Image display device

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の位置、およびこの第1の位置から
離れた第2の位置に移動可能なスイッチング部を駆動す
る静電アクチュエータであって、 前記第1の位置から第2の位置の方向に対しほぼ直交す
る方向に伸び、前記スイッチング部を一方の端で支持す
る駆動ビームと、 この駆動ビームの前記一方の端を駆動する第1の駆動手
段と、 前記駆動ビームの他方の端を駆動する第2の駆動手段と
を有し、 前記第1の駆動手段は、前記駆動ビームの一方の端ある
いはその近傍に設けられた第1の電極と、この第1の電
極と対峙する位置の基板上に設けられた第2の電極とを
備えており、 前記第2の駆動手段は、前記駆動ビームの他方の端ある
いはその近傍に設けられた第3の電極と、この第3の電
極と対峙する位置の前記基板上に設けられた第4の電極
とを備えており、 さらに、前記駆動ビームが前記第1の位置と第2の位置
の方向に旋回可能なように、該駆動ビームの途中を支点
として前記基板に対し支持する支持部とを有する静電ア
クチュエータ。
1. An electrostatic actuator for driving a switching portion movable to a first position and a second position distant from the first position, the electrostatic actuator comprising: A drive beam extending in a direction substantially perpendicular to the direction and supporting the switching unit at one end; a first drive unit for driving the one end of the drive beam; and a second drive unit for driving the other end of the drive beam. A second driving unit for driving, the first driving unit includes a first electrode provided at or near one end of the driving beam, and a first electrode provided at a position facing the first electrode. A second electrode provided on a substrate, wherein the second drive means includes a third electrode provided at or near the other end of the drive beam, and the third electrode A second substrate provided on the substrate at a position facing the second substrate; And a supporting portion that supports the substrate with the drive beam at a midpoint as a fulcrum so that the drive beam can pivot in the directions of the first position and the second position. An electrostatic actuator having:
【請求項2】 請求項1において、前記支持部は、前記
駆動ビームと直交する方向に伸びた弾性のある支持ビー
ムと、この支持ビームの両端を前記基板から支持する支
柱とを備えている静電アクチュエータ。
2. The static electricity storage device according to claim 1, wherein the support portion includes an elastic support beam extending in a direction perpendicular to the drive beam, and a column supporting both ends of the support beam from the substrate. Electric actuator.
【請求項3】 請求項1において、前記駆動ビームは、
前記一方の端と前記支点との距離に対し、前記支点と前
記他方の端との距離が短い静電アクチュエータ。
3. The driving beam according to claim 1, wherein
An electrostatic actuator wherein the distance between the fulcrum and the other end is shorter than the distance between the one end and the fulcrum.
【請求項4】 請求項1において、前記駆動ビームに
は、その長手方向に沿って前記第2の電極の方向に突き
出た窪みが形成されている静電アクチュエータ。
4. The electrostatic actuator according to claim 1, wherein the drive beam has a depression formed in the direction of the second electrode along a longitudinal direction thereof.
【請求項5】 請求項1において、前記第1の電極およ
び/または第3の電極と前記駆動ビームとの接続部分
は、該駆動ビームの他の部分よりも柔軟である静電アク
チュエータ。
5. The electrostatic actuator according to claim 1, wherein a connecting portion between the first electrode and / or the third electrode and the driving beam is more flexible than other portions of the driving beam.
【請求項6】 請求項1に記載の静電アクチュエータ
と、前記駆動ビームの一方の端で支持されたスイッチン
グ部とを有し、このスイッチング部は前記第1の位置お
よび第2の位置で光をオンオフ可能である光スイッチン
グ素子。
6. The electrostatic actuator according to claim 1, further comprising: a switching unit supported at one end of the drive beam, wherein the switching unit is configured to emit light at the first position and the second position. An optical switching element that can be turned on and off.
【請求項7】 請求項6において、前記スイッチング部
は、前記第1の位置で光導入部の底面に接することによ
り前記光導入部から出射される光の方向を変えられる光
学素子を備えている光スイッチング素子。
7. The switching unit according to claim 6, wherein the switching unit includes an optical element that can change a direction of light emitted from the light introduction unit by contacting a bottom surface of the light introduction unit at the first position. Optical switching element.
【請求項8】 請求項6において、前記第1の駆動手段
における前記第1の電極が前記スイッチング部と一体に
動く光スイッチング素子。
8. The optical switching element according to claim 6, wherein the first electrode of the first driving means moves integrally with the switching section.
【請求項9】 請求項6において、前記支持部は、前記
駆動ビームと直交する方向に伸びた弾性のある支持ビー
ムと、この支持ビームの両端を前記基板から支持する支
柱とを備えている光スイッチング素子。
9. The light according to claim 6, wherein the support portion includes an elastic support beam extending in a direction orthogonal to the drive beam, and a support for supporting both ends of the support beam from the substrate. Switching element.
【請求項10】 請求項6において、前記一方の端と前
記支点との距離に対し、前記支点と前記他方の端との距
離が短い光スイッチング素子。
10. The optical switching element according to claim 6, wherein a distance between the fulcrum and the other end is shorter than a distance between the one end and the fulcrum.
【請求項11】 請求項6において、前記駆動ビームは
その長手方向に沿って前記第2の電極の方向に突き出た
窪みが形成されている光スイッチング素子。
11. The optical switching element according to claim 6, wherein the driving beam has a depression formed in the direction of the second electrode along a longitudinal direction thereof.
【請求項12】 請求項6において、前記第1の電極お
よび/または第3の電極と前記駆動ビームとの接続部分
は、該駆動ビームの他の部分よりも柔軟である光スイッ
チング素子。
12. The optical switching element according to claim 6, wherein a connection portion between the first electrode and / or the third electrode and the drive beam is more flexible than another portion of the drive beam.
【請求項13】 請求項6において、前記スイッチング
部と前記駆動ビームとの接続部分は、前記スイッチング
部の重心に近い位置にある光スイッチング素子。
13. The optical switching element according to claim 6, wherein a connection portion between the switching unit and the drive beam is located near a center of gravity of the switching unit.
【請求項14】 請求項6において、前記電極に電圧が
印加されていないと前記スイッチング部は前記底面より
離れた位置になる光スイッチング素子。
14. The optical switching element according to claim 6, wherein when no voltage is applied to the electrode, the switching unit is located farther from the bottom surface.
【請求項15】 請求項6ないし14のいずれかに記載
の光スイッチング素子がアレイ状に配置された映像表示
装置。
15. An image display device in which the optical switching elements according to claim 6 are arranged in an array.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004335856A (en) * 2003-05-09 2004-11-25 Canon Inc Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, camera employing solid-state imaging device, optical element, and imaging apparatus provided with same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004335856A (en) * 2003-05-09 2004-11-25 Canon Inc Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, camera employing solid-state imaging device, optical element, and imaging apparatus provided with same
JP4579503B2 (en) * 2003-05-09 2010-11-10 キヤノン株式会社 Solid-state image sensor

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