JP2005043726A - 表示素子及びこれを用いた携帯用機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 明暗いずれの周囲光環境であっても良好な視認性が得られ、周囲光が利用できる明るい場所では、周囲光を反射利用して省電力化を図ることができ、しかも、高速な応答性が得られる表示素子及びこれを用いた携帯用機器を得る。
【解決手段】 光源３と、電気機械動作により可動薄膜を変位させることで入射光に対する透過率又は反射率が変化する光変調素子１５を基板上で２次元配列して形成した２次元光変調アレイ５とを備え、該２次元光変調アレイ５により変調された光を表示側１１へ出射する表示素子であって、表示側１１から導入される周囲光を入射光として反射表示する反射表示モードと、光源３からの光を入射光として発光表示する発光表示モードとのいずれか或いは両方のモードで表示可能に構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気機械動作により可動薄膜を変位させることで入射光に対する透過率又は反射率を変化させて変調光を出射する表示素子及びこれを用いた携帯用機器に関し、特に、周囲の明るさによらずに視認性が良好となる表示を行う技術に関する。

携帯電話、携帯端末、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の携帯用機器に備えられている画像表示部としては、今日、液晶の電気光学効果を利用した液晶表示装置が主流を占めている。この液晶表示装置は、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°ねじれた状態に配向する液晶を入れて封止し、これを互いに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、反射表示と、発光表示とにより行わせることができる。発光表示は、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を基板に対して垂直に配向させ、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う。また、反射表示は、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を基板に対して垂直に配向させ、周囲光の反射率が変化することを利用して行う。

１画素領域に光を反射する電極部と光を透過する電極部とが設けられた反射／透過兼用のＬＣＤとしては、例えば特許文献１に記載されている。
特開平１１−３０５２４８号公報

しかしながら、従来の液晶表示装置は、基板表面の液晶分子の配向角を変化させることで、透過率又は反射率を変化させている。即ち、１画素内を透過部と反射部とに分割した構成となっている。このため、透過時には透過光量が減少し、反射時には反射光量が減少し、いずれの表示動作時においても画像表示に寄与しない領域が存在するため、光利用効率が低下して表示画面が暗くなる欠点があった。また、偏光板を用いるため、それによっても透過光量又は反射光量が低下して表示画面が暗くなる欠点があった。そして、発光表示において、これを補償するためには、光源からの光量を増大させなければならず、消費電力が増大すると共に、電源装置も大きくなった。従って、日中の屋外のような周囲が明るい場所と、夜間の屋外のような暗い場所との双方で良好な視認性を得ることが困難であり、また、周囲光が利用できる明るい場所で、良好な視認性を確保しながら周囲光を反射利用して省電力化を図ることも困難であった。さらに、液晶表示装置の場合、液晶の応答速度が制約となって高速な応答性を得ることができず、特に優れた動画表示性を実現することが困難であった。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、明暗いずれの周囲光環境であっても良好な視認性が得られ、周囲光が利用できる明るい場所では、周囲光を反射利用して省電力化を図ることができ、しかも、高速な応答性が得られ、優れた動画表示特性が実現可能になる表示素子及びこれを用いた携帯用機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る請求項１記載の表示素子は、光源と、電気機械動作により可動薄膜を変位させることで入射光に対する透過率又は反射率が変化する光変調素子を基板上で２次元配列して形成した２次元光変調アレイとを備え、該２次元光変調アレイにより変調された光を表示側へ出射する表示素子であって、前記表示側から導入される周囲光を前記入射光として反射表示する反射表示モードと、光源からの光を前記入射光として発光表示する発光表示モードとのいずれか或いは両方のモードで表示可能に構成したことを特徴とする。

この表示素子では、表示側から導入される周囲光を入射光として反射表示する反射表示モードと、光源からの光を入射光として発光表示する発光表示モードとのいずれか或いは両方のモードでの表示が可能であるので、日中の屋外のような周囲が明るい場所では周囲光の反射により表示を行い、夜間の屋外のような暗い場所では光源を点灯して発光表示を行うことで、明暗いずれの周囲光環境であっても良好な視認性が得られ、特に、周囲光が利用できる明るい場所では、周囲光を反射利用して省電力化を図ることができる。そして、１画素内を従来のように透過部と反射部とに分割していないので、画素の全面を、反射領域又は透過領域として無駄なく高効率に利用することができ、透過・反射時のいずれの場合の光量も従来（例えば液晶素子）に比べて増大する。また、液晶のように偏光板を用いていないので、光の損失が低減され、明るい表示が可能になる。さらに、電気機械動作（通称ＭＥＭ（Micro-Electro-Mechanical））による光変調素子により光変調が行われるので、高速な応答性が得られ、優れた動画表示特性が実現可能になる。

請求項２記載の表示素子は、前記基板が導光板であって、前記光源が前記導光板の側方から光を供給することを特徴とする。

この表示素子では、導光板の側方から光源からの光が全反射しながら供給され、基板上の光変調素子アレイの光変調動作により、選択的に導光板内の光が取り出されて表示側に出射される。

請求項３記載の表示素子は、前記基板の表示側に該基板に対して平行に対峙して設けたフロントライト方式の導光板を備え、前記光源が前記導光板の側方から光を供給することを特徴とする。

この表示素子では、導光板と、２次元光変調アレイの基板とが別体のものとなり、部品点数は増えるが、それぞれの特性に最適な材質のものを選択できるようになり、設計の自由度が増すと共に、フロントライト方式の導光板とすることで、導光板中の光が、プリズムによって２次元光変調アレイへ均一に照射され、視認性が高められる。また、フロントライト方式の導光板に形成された高透明度プリズムによって、光源非点灯時の画質低下が防止される。

請求項４記載の表示素子は、前記光源が、前記基板の表示側とは反対側に設けた平面光源であることを特徴とする。

この表示素子では、基板の表示側とは反対側に設けた平面光源からの光を基板上の光変調素子アレイによって光変調して、選択的に表示側へ出射させることができる。

請求項５記載の表示素子は、前記基板の表示側とは反対側の面上に前記２次元光変調アレイを設けたことを特徴とする。

この表示素子では、基板の表示側とは反対側の面上に２次元光変調アレイが設けられることで、基板自体によって２次元光変調アレイの外部環境からの封止が可能となる。即ち、２次元光変調アレイは、多数の光変調素子を有することから、塵埃、湿気等により動作信頼性を損ねる虞があり、外部環境からシールドした封止構造とすることが好ましい。この場合、本発明によれば、２次元光変調アレイが表示側とは反対側の基板表面に設けられるので、特に封止層を設けることなく、基板をシールドパネル等に兼用して、少ない部材数で動作信頼性の確保が可能となる。

請求項６記載の表示素子は、前記基板の表示側の面上に前記２次元光変調アレイを設けたことを特徴とする。

この表示素子では、基板の表示側の面上に２次元光変調アレイが設けられ、反射表示モードでは、基板を透過させずに直接光変調素子を透過させるのみで光変調が可能となり、基板を透過させた場合に比べて反射強度の低下を少なくすることができる。なお、上記したように、２次元光変調アレイは外部環境からシールドした封止構造とすることが望ましく、シールドパネル等で光変調素子の表示側を覆う必要があるが、この場合、本発明は、基板とシールドパネル等とを兼用しないため、基板の材質に限定されない任意な材質のシールドパネル等が採用可能となり、設計の自由度が増す。

請求項７記載の表示素子は、前記光変調素子が、基板に対して接近・離間方向に移動自在に支持された可動部と、前記可動部及び基板の双方にそれぞれ対峙して設けた一対の電極とを具備し、前記反射表示モードでは、前記可動部を前記基板に近接配置又は離間配置することで周囲光を光学的干渉効果により光変調し、前記周囲光を表示側に反射又は吸収する一方、前記発光表示モードでは、前記可動部を前記基板に近接配置することで、光源からの光を表示側に出射し、前記可動部を前記基板から離間配置することで、前記光を出射させないことを特徴とする。

この表示素子では、電気機械動作によって可動部が基板に接近して所定の空隙を形成するように配置されると、可動部と基板との間で周囲光が光干渉効果によって光変調されて出射され、また、電気機械動作によって可動部が基板から離間するように配置されると、周囲光が吸収されて出射されなくなる。これにより、反射表示モードでの表示が可能となる。一方、光源からの光を、導光板に全反射導光させた状態で、電気機械動作によって可動部が基板に接近して所定の空隙を形成するように配置されると、光源から全反射導光された光が導光板から取り出されて出射され、また、電気機械動作によって可動薄膜が基板から離間するように配置されると、光源からの光がそのまま導光板を全反射導光されて、出射されなくなる。これにより、発光表示モードでの表示が可能となる。

請求項８記載の表示素子は、前記２次元光変調素子アレイの形成された基板が、透明基板からなることを特徴とする。

この表示素子では、光変調素子の基板に透明基板を採用することで、表示側の面或いは表示側とは反対側の面に可動部を配置させることができ、可動部を形成するための基板としての機能の他に、導光板の機能も兼用させることが可能になる。

請求項９記載の表示素子は、前記２次元光変調素子アレイの形成された基板が、シリコン基板からなることを特徴とする。

この表示素子では、光変調素子の基板が、シリコン基板からなり、このシリコン基板上に光変調素子の主要部が形成されることにより、アクティブ素子等の集積回路をシリコン基板上に一体に形成することができる。また、半導体装置の製造技術を用いて光変調素子を製造できるようになり、微細化された光変調素子が低コストで製造できるようになる。

請求項１０記載の表示素子は、前記２次元光変調アレイを単純マトリクス駆動する表示駆動部を備えたことを特徴とする。

この表示素子では、個々の画素から独立に電極を引き出してそれぞれを個別のスイッチ素子に接続する構造に比べて、簡素な構造で低コスト化が可能となる。

請求項１１記載の表示素子は、前記２次元光変調アレイをアクティブマトリクス駆動する表示駆動部を備えたことを特徴とする。

この表示素子では、Ｘ−Ｙマトリクスの交点の画素ごとに能動素子を付加し、これを通して電圧を印加するので、任意の周波数でパネル全面を連続的に駆動して、明るい表示が得られ、コントラストが向上する。また、リフレッシュ周波数に制限されることがなくなるので、駆動周波数が選択可能となり、動画表示特性も高められる。また、光変調素子にヒステリシス特性を持たせずに変位のアナログ制御による画像表示が可能となる。

請求項１２記載の表示素子は、前記表示素子の周囲の明るさを検出する周囲光センサと、該周囲光センサからの出力に応じて前記反射表示モード、発光表示モード、或いは両モードによる表示に変更する表示モード切り換え部とを備えたことを特徴とする。

この表示素子では、周囲光センサが周囲の明るさを検知すると、その検知信号が表示モード切り換え部へ入力され、表示モード切り換え部が周囲光に応じて、反射表示モード或いは発光表示モードの切り換えを行い、表示素子を使用する場所に応じた最適な表示モードが自動で得られることになる。

請求項１３記載の携帯用機器は、請求項１〜請求項１２のいずれか１項記載の表示素子を用いた画像表示部を備えたことを特徴とする。

この携帯用機器では、上記表示素子を用いた画像表示部が備えられることで、持ち運び先における周囲光の環境に応じて最適な表示が可能となり、周囲光の環境が種々に変化しても、これに左右されない良好な視認性が得られる。また、周囲光を表示に利用できる場合には、光源を発光させることなく周囲光を反射光として利用することで省電力化が図れ、携帯用機器の消費電力を低減させて、携帯用機器内蔵の電源装置、ひいては機器全体の小型化が可能となる。

本発明に係る表示素子によれば、電気機械動作により可動薄膜を変位させることで入射光に対する透過率又は反射率を変化させる２次元光変調アレイを備え、表示側から導入される周囲光を入射光として反射表示する反射表示モードと、光源からの光を入射光として発光表示する発光表示モードとのいずれか或いは両方のモードで表示可能に構成したので、日中の屋外のような周囲が明るい場所では周囲光の反射により表示を行い、夜間の屋外のような暗い場所では光源をｏｎして発光表示を行うことで明暗いずれの周囲光環境であっても良好な視認性を得ることができると共に、特に、周囲光が利用できる明るい場所では、周囲光を反射利用して省電力化を図ることができる。そして、１画素内を従来のように透過部と反射部とに分割していないので、画素の全面を有効に利用することができ、透過・反射時のいずれの場合の光量も増大させることができる。また、液晶のように偏光板を用いていないので、光の損失を低減させて、明るい表示を可能にすることができる。さらに、電気機械動作による光変調素子ＭＥＭにより光変調を行うので、高速な応答性を得ることができ、特に優れた動画表示性を実現することができる。

また、本発明に係る携帯用機器によれば、上記の表示素子を用いた画像表示部を備えて持ち運び自在に構成されているので、持ち運び先の周囲光の環境に応じた最適な表示が可能となり、周囲光の環境が種々に変化しても、これに左右されない良好な視認性を得ることができる。また、周囲光が利用できる場合には、光源を点灯させずに周囲光を反射利用することで省電力化を図ることができるので、携帯用機器の消費電力を低減させて、電源装置、ひいては機器全体の小型化も可能となる。

以下、本発明に係る表示素子及びこれを用いた携帯用機器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は本発明に係る表示素子の第１の実施の形態の外観斜視とその要部を拡大して示した構成図、図２は図１に示した表示素子の導光板を裏面から見た平面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図２のＢ−Ｂ断面図、図５は図１の表示素子に用いられる表示駆動部のブロック図、図６は図２に示した光変調素子の動作説明図、図７は図１に示した表示素子の反射表示モードと発光表示モードとにおける明暗時の動作説明図である。なお、第１の実施の形態は単純マトリクス駆動による表示素子の例である。

本実施形態の表示素子１００は、概略的には図１に示すように、線光源である蛍光ランプ３と、この蛍光ランプ３が一方の側面に配置される板状の２次元光変調アレイ５とから成る。２次元光変調アレイ５は、導光体である光導波路基板（導光板）７上に形成される。本実施形態において、この導光板７は、２次元光変調アレイ５を形成するための基板としての役割も担う。導光板７には、図２に示す複数の透明な第１の電極１７がそれぞれ平行に形成されている。従って、蛍光ランプ３は、導光板７の一方の側面に、第１の電極１７に対して直交する方向で配設されている。蛍光ランプ３からの光は、図３に示すように、導光板７の一方の端面を介して導入される。そして、導光板７へ導入された光は、導光板７の境界面に全反射されながら伝搬される。

表示素子１００は、導光板７のいずれか一方の面側（ここでは、図１の上面側）が表示側１１となる。導光板７は、表示側１１とは反対側の裏面側に、２次元光変調アレイ５を設けている。導光板７の裏面には第１の電極１７に直交する方向で複数の可動薄膜（可動部）１３が懸架され、且つこの可動薄膜１３は図３に示すように、光伝搬方向の下流方向に複数行設けられている。即ち、第１の電極１７と可動薄膜１３との交点は、２次元のマトリクス状に配置される。この第１の電極１７と可動薄膜１３との交点は光変調素子１５を構成する。つまり、２次元光変調アレイ５は、光変調素子１５を２次元マトリクス状に配置することで構成されている。上記の各光変調素子１５にはそれぞれ光機能層が設けられるが、この詳細な構造については後述することにする。

図３に示すように、導光板７の表面に形成された透明な第１の電極１７は、その材料としては、電子密度の高いＩＴＯ等の金属酸化物、非常に薄い金属薄膜（アルミ等）、金属微粒子を透明絶縁体に分散した薄膜、又は高濃度ドープしたワイドハンドギャップ半導体等を好適に用いることができる。

図４に示すように、第１の電極１７の可動薄膜側には、透明な絶縁層１９を介してスペーサ２１を形成してあり、このスペーサ２１は、第１の電極１７同士の間に配設される。スペーサ２１の材質としては、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、セラミック、樹脂等を用いることができる。スペーサ２１の先端（図中下面）には、第１の電極１７を跨がって上記の可動薄膜１３が形成され、従って、可動薄膜１３は、スペーサ２１によって所定間隔で懸架された構成となる。

可動薄膜１３は、基本的には透明な材料により形成される。具体的には、対象光に対して透明な半導体、絶縁体、金属等を好適に用いることができる。可動薄膜１３が導電性材料からなる場合は、この可動薄膜１３が第２の電極として機能する。また、可動薄膜１３が導電性材料でない場合は、この可動薄膜１３の表面に第２の電極２５を形成する。なお、上述した第１の電極１７に対して、この第２の電極２５が電気的に接触しない構成であれば絶縁層１９は省略しても良く、また、スペーサ２１と可動薄膜１３を同一の材料で構成しても良い。

絶縁層１９と可動薄膜１３との間には空隙２７が形成されており、この空隙２７の高さはスペーサ２１の高さで略決定される。空隙２７の高さは、例えば０．１〜１０μｍ程度にすることが好ましい。なお、この空隙２７は、例えば犠牲層のエッチング等により形成できる。

第１の電極１７と第２の電極２５とは、同一の材料を用いて形成でき、また、第２の電極２５は、可動薄膜１３の導光側、出射側のいずれの位置に配置されていても良い。さらに、前述の例では、導光板が基板の役割を兼ねていたが、導光板と基板とが別体であっても良い。

なお、上記した光変調素子１５の各部の大きさは、具体的には、空隙２７の幅長さが１〜２μｍ程度、可動薄膜１３の膜厚が１〜数μｍ程度、幅（図３の水平方向長さ）が数μｍ〜数十μｍ、長さ（図４の水平方向長さ）が数十〜数百μｍ程度である。

２次元光変調アレイ５は、第１の電極１７と第２の電極２５との間に印加される駆動電圧により静電力が発生し、可動薄膜１３は第１の電極１７に向かって撓む。また、非駆動電圧（印加電圧ゼロ）を印加すると、可動薄膜１３は初期の位置に復帰する。この変位動作により、後述する光機能層の光学効果（近接場光学効果、光干渉効果）が機能して光変調が行われる。

表示素子１００は、図５に示す表示駆動部３１によって駆動される。表示駆動部３１は、入出力信号の演算部である制御部３３と、周囲光の明るさを検出値として制御部３３へ送出する周囲光センサ３５と、後述する表示素子１００の反射表示モードと発光表示モードとを切り換える切り換え用手動スイッチ等の入力手段３７と、画像表示信号を発生させて各光変調素子１５へ送出する表示信号発生部３９と、周囲光センサ３５からの送出信号又は入力手段３７からの送出信号に応じて後述する表示モードを変更するモード切り換え部４１とを備えている。

ここで、光干渉効果を利用した光変調素子１５の具体的な構成を説明する。

図６（ａ）に示すように、導光板７の光変調素子１５の形成位置には、その表面（図中下面）に光機能層としてのハーフミラー（誘電体多層膜等の光学薄膜）４５を設けている。また、導光板７には上記したスペーサ２１を介して可動薄膜１３を懸架してあり、この可動薄膜１３の導光板７対向面にもハーフミラー４５を設けている。つまり、光変調素子１５は、空隙２７を挟んで一対のハーフミラー４５，４５が対面配置されている。光変調素子１５は、前述したように、第１の電極１７、第２の電極２５（或いは可動薄膜１３）に所定の駆動電圧を印加することで電極間に静電気力を発生させ、図６（ｂ）に示すように、可動薄膜１３を導光板７に向かって撓ませる。これに伴い、後述するように素子自体の光学的特性（ファブリペロー干渉による光学的特性）が変化して導入された光が透過するようになる。一方、非駆動電圧を印加することで可動薄膜１３が弾性復帰し、光変調素子１５は光を反射するようになる。つまり、導光板７の一方の面に設けられた可動薄膜１３を電気機械動作により変位させることで、入射光に対する透過率又は反射率を変化させるようになっている。

また、図６（ａ），（ｂ）において、ハーフミラー４５間の光学長ｄを変化させることにより、光変調対象とする光（中心波長λ_０）の透過と反射を制御することができる。光変調素子１５の面垂直方向に対する光の入射方向とのなす角（入射角）θが小さい場合（図中Ｌ_１）には、図６（ａ）に示すように、ｄ＝ｄＲのときに入射光は反射する。ここで、ｄＲは反射する光学長で、ｄＲ＝｛（２ｍ＋１）λ_０｝／４（ｍは正整数）で表される。また、図６（ｂ）に示すように、ｄ＝ｄＴのときに入射光は透過する。ここで、ｄＴは透過する光学長で、ｄＴ＝（２ｍλ_０）／４で表される。これは、図６（ｃ）に波長に対する反射率の変化を示すように、ｄ＝ｄＴにおいては、入射光の波長λ_０で反射率が低くなる反射特性となり、ｄ＝ｄＲにおいては、波長λ_０で反射率が高くなる反射特性となるためである。

一方、入射角θが全反射臨界角θｃより大きい場合（図中Ｌ_２）には、フィルタの入射角依存性は、図６（ｄ）にｄ＝ｄＴのときの入射角θに対する反射率の変化を示すように、全反射臨界角θｃ以上、或いは入射角θが略ゼロのときに反射率が低いものとなり、入射光が透過する反射特性となっている。

なお、コントラストを高くするには、ハーフミラー４５の反射率は０．８〜０．９５が好ましい。また、上記特性をより満足するためには、ｍ＝１、２が好ましい。

本実施形態の光変調動作の概要を図７にまとめて示した。複数の光変調素子１５からなる２次元光変調アレイを備えた表示素子１００は、反射表示モードでは、蛍光ランプ３を消灯し、図７（ａ）に示すように、可動薄膜１３を導光板７から離間配置することで周囲光を吸収するＯＦＦ状態と、図７（ｂ）に示すように、可動薄膜１３を導光板７に近接配置することで、周囲光を表示側へ反射させて出射するＯＮ状態が選択的に得られる。一方、発光表示モードでは、蛍光ランプ３を点灯し、図７（ｃ）に示すように、可動薄膜１３を導光板７から離間配置することで光をそのまま全反射導光させて表示側へ出射させないＯＦＦ状態と、図７（ｄ）に示すように、可動薄膜１３を導光板７に近接配置することで蛍光ランプ３から全反射導光された光を導光板７から取り出して出射するＯＮ状態が選択的に得られる。

また、蛍光ランプ３を常に点灯して、且つ周囲光も利用して表示を行う両モードの同時機能モードでも表示可能である。この場合には、十分な光量が得られるため、特に表示画像の視認性を向上できる。

従って、表示素子１００は、表示側１１から導入される周囲光を入射光として反射表示する反射表示モードと、蛍光ランプ３からの光を入射光として発光表示する発光表示モードとのいずれかのモードで表示が可能となる。また、反射表示モードと発光表示モードとの両方のモードで表示することも可能である。なお、光変調素子１５におけるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）色別の反射又は出射特性は、誘電体多層膜４５，４５の層構成や空隙２７の高さ等を適宜設計することによって実現できる。

ここで、図７に示す光変調素子１５のより具体的な構成の一例を説明する。

図８に光変調素子の層構成とその動作を説明する拡大図を示した。図８（ａ）は、図７（ａ）に対応する状態を示しているが、可動薄膜１３が導光板７に近接配置された状態として、印加電圧のＯＮ／ＯＦＦ特性を逆にしている。

本構成の光変調素子は、図８（ａ）に示すように、可動薄膜１３の表示側とは反対側の表面を、導光板７を介して可動薄膜１３に導入された周囲光が導光板７の表示側の面に全反射臨界角θｃより大きい角度θで戻されるように反射する山形の凹凸状に形成すると共に、この山形の表面に反射膜４７を設けている。反射膜４７は、例えばアルミ等の金属により形成できる。従って、反射表示モードにおいては、可動薄膜１３が導光板７に近接配置されることで、導光板７に導入された周囲光は誘電体多層膜４５，４５の光学的干渉効果によって可動薄膜１３内へ透過して、可動薄膜１３の反射膜４７によって、山形斜面の傾斜角度に応じて反射膜４７によって導光板７側に戻される。導光板７内に戻された周囲光の反射光は、導光板７の表示側表面で全反射して光の閉じ込めが行われる。つまり、表示側へ光が出射されることはない。

一方、図８（ｂ）に示すように、可動薄膜１３が導光板７から所定距離ｄＲだけ離間していると、誘電体多層膜４５，４５の光学的干渉効果によって、所定の反射臨界角度θrefより小さい角度で入射した周囲光は導光板７の表示側へ反射して戻される。つまり、表示側へ光が出射されることになる。

また、発光表示モードにおいては、図８（ｃ）に示すように、可動薄膜１３が導光板７から所定距離ｄＲだけ離間していると、導光板７内を全反射導光されてくる光はそのまま全反射導光を続けて表示側に光が出射されることはない。そして、導光板７内を全反射角で伝播する光が、近接場効果により可動薄膜１３側に殆ど透過しない最小の距離をｄｃとすると、上記可動薄膜１３の導光板７ｌからの離間距離ｄをｄ＞ｄｃとすることで、全反射導光されてくる光が可動薄膜１３側へ透過することはない。

一方、図８（ｄ）に示すように、可動薄膜１３が導光板７に近接配置されると、全反射導光されてきた光が可動薄膜１３内に導かれ、可動薄膜１３側の反射膜４７によって反射される。この反射光は再び導光板７に導入されて表示側へ出射される。即ち、図８（ａ）に示す場合の光路の逆を辿って表示側へ光を出射するようになる。

次に、この表示素子１００を単純マトリクス駆動する場合の駆動方法について説明する。

図９は印加電圧と光透過率との特性を示したヒステリス線図、図１０はマトリクス状に光変調部を配置したアレイ型光変調素子の平面図、図１１は走査電極電圧及び信号電極電圧の組み合わせと、光変調部の電極間電圧との関係を示した説明図、図１２はマトリクス状に配置した各光変調部に異なる波形の電圧を印加してデータを書き込む方法の説明図である。

駆動方法の説明に先立ち、先ず可動薄膜１３の印加電圧に対する光透過率の特性を説明する。

可撓薄膜である可動薄膜１３を静電気応力によって変形及び弾性復帰させる場合、印加電圧Ｖgsと可動薄膜１３の変位との関係は、ヒステリス特性を示す。従って、印加電圧Ｖgsと光透過率Ｔとの関係も、図９に示すようなヒステリス特性を示す。

このヒステリス特性によれば、光変調素子１５は、ＶgsがＶth(L) 以下であるとＯＮ（光反射）状態を維持する。一方、ＶgsがＶs (H) 以上になると、光変調素子１５はＯＦＦ（光透過）状態に飽和する。その後、光変調素子１５はＶgsがＶth(H) 以上ではＯＦＦ状態を維持したままとなる。そして、ＶgsがＶs (L) 以下になると、光変調素子１５はＯＮ状態に飽和する。即ち、光変調素子１５は、ＶgsがＶth(H) とＶth(L) との範囲であれば、Ｖgsの履歴によってＴ（ＯＮ）、Ｔ（ＯＦＦ）の二つの状態を得ることができる。なお、Ｖgsの極性が負の場合には、上述と縦軸対象の特性になる。

本実施形態では、図１０に示すように、２行２列のマトリクスの各交点Ｔr(1,1)、Ｔr(1,2)、Ｔr(2,1)、Ｔr(2,2)に光変調部を配置し、２次元光変調アレイ５を構成している。また、各光変調部５１は一画素の領域に対応させてある。

図１０における同じ行に配列された光変調部５１のそれぞれの電極（第２の電極２５）は、共通に接続して走査電極としてある。この走査電極には電位Ｖg が印加される。また、図１０における同じ列に配列された光変調部５１のそれぞれの電極（第１の電極１７）は、共通に接続して信号電極としてある。この信号電極には電位Ｖb が印加される。従って、各光変調部５１に印加される第１の電極１７、第２の電極２５間の電圧Ｖgsは（Ｖb −Ｖg ）となる。

２次元光変調アレイ５を駆動するには、走査信号に従って行順次に第２の電極２５を走査し、これと同期させ、走査された第２の電極２５に対応するデータ信号を第１の電極１７に印加する。

ここで、図１１に示すように、走査電極には、リセット信号、選択信号、非選択信号の三種類の信号（電圧）が与えられる。

リセット信号は、光変調部５１の以前の状態に拘わらず、その行の光変調部５１をＯＮ（光反射）にする。この時の走査電極の電圧をＶg(r)とする。

選択信号は、その行にデータを書き込むための信号である。この信号と同時に、信号電極に印加された電圧に従い、光変調部５１の状態がＯＮ（光反射）又はＯＦＦ（光透過）に決定される。この時の走査電極の電圧をＶg(s)とする。

非選択信号は、選択がなされないときの信号である。この時、信号電極の電圧に拘わることなく光変調部５１の状態は変わらず、前の状態が維持される。この時の走査電極の電圧をＶg(ns) とする。

一方、信号電極には、ＯＮ信号、ＯＦＦ信号の二種類の信号（電圧）が与えられる。

ＯＮ信号は、選択された行の光変調部５１に対し、光変調部５１の状態をＯＦＦ（光透過）にする。この時の信号電極の電圧をＶb(on) とする。

ＯＦＦ信号は、選択された行の光変調部５１に対し、光変調部５１の状態をＯＮ（光反射）にする。但し、実際には、直前で光変調部５１がリセットされることを想定しているので、光変調部５１の状態をＯＮ（光反射）にする場合は、前の状態（ＯＮ状態）を維持する信号でよい。この時の信号電極の電圧をＶb(off)とする。即ち、信号電極への信号のＯＮ／ＯＦＦ特性は、光変調部５１のＯＮ／ＯＦＦ特性とは逆転している。

以上の走査電極電圧、信号電極電圧の組み合わせにより、光変調部５１の電極間電圧Ｖgsは、以下の６種類の電圧に分けられる。また、電極間電圧Ｖgsと透過率の特性により、特定の条件が与えられることになる。

Ｖgs(r-on) ＝Ｖb(on) −Ｖg(r) ≦ Ｖs(L)
Ｖgs(r-off) ＝Ｖb(off)−Ｖg(r) ≦ Ｖs(L)
Ｖgs(s-on) ＝Ｖb(on) −Ｖg(s) ≧ Ｖs(H)
Ｖgs(s-off) ＝Ｖb(off)−Ｖg(s) ≦ Ｖth(L)
Ｖgs(ns-on) ＝Ｖb(on) −Ｖg(ns) ≦ Ｖth(L)
Ｖgs(ns-off)＝Ｖb(off)−Ｖg(ns) ≧ Ｖth(H)
以上の各条件を、図１１にまとめて示した。

例えば、走査電極電圧Ｖg がリセットＶg(r)で、信号電極電圧Ｖb がＯＮ即ちＶb(on) の場合には、Ｖs(H)より大きい値の信号電極電圧Ｖb （図中太実線５３）から、Ｖs(H)とＶth(L) との間の値の走査電極電圧Ｖg （図中太実線５５）が減算され、その値（図中太実線５７）がＶs(L)より小さくなる。

即ち、
Ｖgs(r-on)≦Ｖs(L)
となる。

その他同様にして、６種類の電圧が定まることになる。

次に、このような電極間電圧Ｖgsと透過率との関係を利用して、光変調部５１を二次元に配置したマトリクスにデータを書き込む方法を説明する。

マトリクスとしては、図１０に示した２行２列のマトリクスを用いてデータの書き込みを行う。マトリクスの各光変調部５１には、以下のＯＮ、ＯＦＦデータを書き込むものとする。

Ｔr(1,1) → ＯＦＦ Ｔr(1,2) → ＯＮ
Ｔr(2,1) → ＯＮ Ｔr(2,2) → ＯＦＦ
マトリクスには、図１２に示すような波形の電圧を印加する。

例えば、１行目Ｖg(1)には、
ｔ１：リセット電圧 ｔ２：選択電圧
ｔ３：非選択電圧 ｔ４：非選択電圧
を印加する。

１列目Ｖb(1)には、
ｔ１：don't care ｔ２：ＯＮ電圧
ｔ３：ＯＦＦ電圧 ｔ４：don't care
を印加する。

これにより、各光変調部５１に所望のデータが行順次で書き込まれる。

即ち、例えば上述の１行１列目のマトリクスＴr(1,1)の場合では、
Ｖgs：Ｖb(1)−Ｖg(1)であるから、
ｔ１：リセット電圧（ＯＦＦ） ｔ２：ＯＮ
ｔ３＝状態維持 ｔ４＝状態維持となる。

従って、ｔ２におけるＯＮの状態が維持（メモリー）され、その結果、マトリクスＴr(1,1)は光変調部５１が「ＯＦＦ」の状態となる（印加電圧のＯＮ／ＯＦＦ特性と素子自体のＯＮ／ＯＦＦ特性は逆転している）。その他、同様にして、他のマトリクスＴr(1,2)は「ＯＮ」、Ｔr(2,1)は「ＯＮ」、Ｔr(2,2)は「ＯＦＦ」の状態となる。

表示素子１００は、このような単純マトリクス駆動とすることで、個々の画素から独立に電極を引き出してそれぞれを個別のスイッチ素子に接続する構造に比べて、簡素な構造で低コスト化が可能となる。即ち、同一の水平電極（第２の電極１３）に接続されて横一列に並んだＸ個の画素が同時に動作するように選択され、Ｙ本の垂直電極（第１の電極１７）の個々に接続されたスイッチ素子で、表示情報信号に応じた画素毎のＯＮ−ＯＦＦ状態を設定することで、順次隣の水平電極が選択され、一巡して表示画面全体を覆うことによって、１画面の形成が可能となる。この単純マトリクス駆動では、引き出される電極の数がＸ＋Ｙとなり、上記した独立電極引き出し構造の場合のＸ×Ｙに比べて簡素な構造となり、低コスト化が可能となる。

次に、この表示素子１００をアクティブマトリクス駆動する場合の駆動方法について説明する。

図１３は光変調素子に半導体トランジスタを設けたアクティブマトリクスの等価回路図、図１４は二行二列に配列した半導体アクティブマトリクスの等価回路図、図１５はアクティブマトリクスとした２次元光変調アレイの各光変調部に異なる波形の電圧を印加してデータを書き込む方法の説明図である。

図１３に示すｎ行×ｍ列のアクティブマトリクスの構成例では、走査信号ライン６１に順次走査電圧を印加し、これに接続されているＴＦＴ６３を一斉にオン状態とする。同時に、画像信号ライン６５から画像信号電圧Ｖb を印加し、ＴＦＴ６３を通して各画素の静電容量に電荷を蓄積する。１行の走査が終了すると、ＴＦＴ６３はオフ状態となり、画素容量に蓄積された電荷はそのまま保持されることになる。

上記のように構成された２次元光変調アレイ５の動作を説明する。

光変調部５１では、ゲート電極６９に接続された走査信号ライン６１にＴＦＴ６３を導通させる電圧Ｖg-onが印加される。そして、ドレイン電極７１に接続された画像信号ライン６５に所望の画像信号電圧Ｖb が印加されると、ドレイン電極７１とソース電極７３とが導通する。従って、画像信号電圧が、画素電極７５に印加されることになる。これにより、共通電極７７の電位Ｖcom と画素電極７５の電位との電圧Ｖgs（Ｖb −Ｖcom ）により静電気応力が働き、所望の光変調が行われる。

この後に他の行の走査のため、ＴＦＴ６３が非導通となっても上述の光変調状態は維持され、複数の行のマトリクス変調が可能となる。

ここで、図１４に示す２行２列の画素電極に、以下の電位を書き込む具体的な駆動方法を場合を説明する。

Ｔr(1,1)＝ＯＮ Ｔr(1,2)＝ＯＦＦ
Ｔr(2,1)＝ＯＦＦ Ｔr(2,2)＝ＯＮ
同じ行に配列したＴr(1,1)、Ｔr(1,2)、又はＴr(2,1)、Ｔr(2,2)の画素電極７５は、共通の走査信号ライン６１に接続してある。この走査信号ライン６１には、電位Ｖg が印加される。また、同じ列に配列したＴr(1,1)、Ｔr(2,1)、又はＴr(1,2)、Ｔr(2,2)の画素電極は、共通の画像信号ラインに接続してある。この画像信号ラインには、電位Ｖb が印加される。

このように構成したアクティブマトリクス素子を駆動するには、走査信号に従って、行順次にＴr(1,1)、Ｔr(1,2)、又はＴr(2,1)、Ｔr(2,2)の画素電極を走査し、これと同期させ、走査された画素電極に対応するデータ信号を列に配列したＴr(1,1)、Ｔr(2,1)、又はＴr(1,2)、Ｔr(2,2)の画素電極に印加する。

この際、マトリクスには、図１５に示すような波形の電圧を印加する。

例えば、１行目Ｖg(1)には、
ｔ１：走査ＯＮ（導通）電圧 ｔ２：走査ＯＦＦ（非導通）電圧
を印加する。

２行目Ｖg(2)には、
ｔ１：走査ＯＦＦ（非導通）電圧 ｔ２：走査ＯＮ（導通）電圧
を印加する。

１列目Ｖb(1)には、
ｔ１：Ｔr(1,1)へＯＮ（透過）電圧 ｔ２：Ｔr(2,1)へＯＦＦ（遮光）電圧
を印加する。

２列目Ｖb(2)には、
ｔ１：Ｔr(1,2)へＯＦＦ（遮光）電圧 ｔ２：Ｔr(2,2)へＯＮ（透過）電圧
を印加する。

これにより、Ｔr(1,1)の電位Ｖgsは、ｔ１で電位がＶs(H)となり、その結果、画素の状態がＯＮとなり、ｔ２以降はＯＮ状態が保持される。

Ｔr(1,2)の電位Ｖgsは、ｔ１で電位がＶs(L)となり、その結果、画素の状態がＯＦＦとなり、ｔ２以降は保持される。

Ｔr(2,1)の電位Ｖgsは、ｔ１で電位がＶs(L)となり、その結果、画素の状態がＯＦＦとなり、ｔ２以降は保持される。

Ｔr(2,2)の電位Ｖgsは、ｔ１で電位がＶs(H)となり、その結果、画素の状態がＯＮとなり、ｔ２以降はＯＮ状態が保持される。

以上のように、走査ゲート電極を行順次でＯＮ（導通）にし、それと同期させてデータ信号電極からＯＮ（透過）又はＯＦＦ（遮光）の電位を印加する。その後、走査ゲート電極をＯＦＦ（非導通）にしても、光機能素子が容量性の場合、画素電極の電位は保持されることとなる。

表示素子１００は、このようなアクティブマトリクス駆動とすることで、Ｘ電極（第２の電極２５）に順次走査パルス電圧を印加し、これに接続されている能動素子を一斉にＯＮ状態とする。同時にＹ電極（第１の電極１７）から信号電圧を印加し、能動素子を通して各画素の静電容量に電荷を蓄積する。１ラインの走査が終了すると、能動素子はＯＦＦ状態となり、画素容量に蓄積された電荷はそのまま保持されることになる。従って、１フィールド時間の間、動作状態を記憶して保持することができるので、各画素に独立のスイッチ素子を持たせて１画面を同時に表示していることと等価となり、少容量デバイスのときと同様に任意の周波数でパネル全面を連続的に駆動して、コントラストが向上され明るい表示が得られる。他にも、リフレッシュ周波数に制限されることなく発光のための駆動周波数が選択可能となるので、動画表示特性も高めることができる。また、光変調素子にヒステリシス特性を持たせずに変位のアナログ制御による画像表示が可能となる。

以上説明したように、本実施形態の表示素子１００によれば、表示側１１から導入される周囲光を入射光として反射表示する反射表示モードと、蛍光ランプ３からの光を入射光として発光表示する発光表示モードとのいずれか或いは両方のモードでの表示が可能であるので、日中の屋外のような周囲が明るい場所では周囲光の反射により表示を行い、夜間の屋外のような暗い場所では光源をｏｎして発光表示を行うことで明暗いずれの周囲光環境であっても良好な視認性が得られ、特に、周囲光が利用できる明るい場所では、周囲光を反射利用して省電力化を図ることができる。そして、１画素内を従来の液晶表示装置のように透過部と反射部とに分割していないので、画素の全面を、反射領域或いは透過領域として高効率に利用することができ、透過・反射時のいずれの場合の光量も従来（例えば液晶素子）に比べて増大する。また、液晶のように偏光板を用いていないので、光の損失が低減され、明るい表示が可能になる。さらに、電気機械動作による光変調素子ＭＥＭにより光変調が行われるので、高速な応答性が得られ、優れた動画表示特性が実現可能になる。

また、上記した本実施形態の表示素子１００では、導光板７の表示側１１とは反対側に２次元光変調アレイ５を設けているため、導光板７によって２次元光変調アレイ５の外部環境からの封止が可能となる。即ち、２次元光変調アレイ５は、多数の微小可動薄膜を有することから、塵埃、湿気等により動作信頼性を損ねる虞があり、外部環境からシールドした封止構造とすることが好ましい。この場合、本実施形態によれば、２次元光変調アレイ５が導光板７の表示側１１とは反対側に設けられるので、特に封止層を設けることなく、導光板７をシールドパネル等に兼用して、少ない部材数で動作信頼性の確保が可能となる。

さらに、上記した本実施形態の表示素子１００では、光変調素子１５の基板として導光板７と兼用の透明基板を採用することで、表示側１１の反対側の面に、可動薄膜１３を配置させることができ、上記のように、透明基板をシールドパネル等に兼用して機能させることができるようになる。

また、表示素子１００は、図５に示す表示駆動部３１によって駆動されることで、周囲光センサ３５が周囲の明るさを検知すると、その検知信号が表示モード切り換え部４１へ入力され、表示モード切り換え部４１が周囲光に応じて、反射表示モード或いは発光表示モードの切り換えを行い、表示素子１００を使用する場所に応じた最適な表示モードが自動で得られることになる。なお、表示モード切り換え部４１へは、周囲光センサ３５の他に、手動スイッチ等によっても切り換え信号を送出してもよく、このような手動操作を可能にすることで、使用者の視認能力に応じた表示も可能となる。

なお、上記の実施の形態による表示素子１００では、導光板７の端面に蛍光ランプ３を設け、この端面から蛍光ランプ３からの出射光を導光板７内に導光する例を説明したが、この他表示素子１００は、図１６に示すように導光板７の一方の端面近傍の表裏いずれかの面にプリズム等の光学部材７１を設け、この光学部材７１を介して導光板７へ蛍光ランプ３からの出射光を導入し、導光板７内を全反射させながら伝搬させる構成としてもよい。

次に、本発明に係る表示素子の第２の実施の形態を説明する。

図１７は第２の実施の形態に係る表示素子の反射表示モードと発光表示モードとにおける明暗時の動作説明図である。なお、以下の各実施の形態において、図１〜図１６に示した各部材と同一の部材に対しては同一の符号を付することで、重複する説明は省略するものとする。

本実施形態の表示素子２００は、導光板７の表示側１１に２次元光変調アレイ５を設けたことを特徴としている。

この表示素子２００によれば、導光板７の表示側に２次元光変調アレイ５が設けられ、図１７（ｂ）に示す反射表示モードでは、導光板７を透過させずに直接可動薄膜１３を透過させるのみで光変調が可能となり、導光板７を透過させた場合に比べて反射強度の低下を少なくすることができる。また、図１７（ｄ）に示す発光表示モード（透過表示モード）では、導光板７からの光が可動薄膜１３を透過して表示されるようになる。なお、上記したように、２次元光変調アレイ５は外部環境からシールドした封止構造とすることが望ましく、シールドパネル等で可動薄膜１３の表示側を覆う必要があるが、この場合、導光板７とシールドパネル等とは兼用しないため、導光板７の材質に限定されない任意な材質のシールドパネル等が採用可能となり、設計の自由度が向上する。

ここで、図１７に示す光変調素子のより具体的な構成の一例を説明する。

図１８に光変調素子の層構成とその動作を説明する拡大図を示した。図１８（ａ）は、図１７（ａ）に対応する状態を示している。

本構成の光変調素子は、図１８（ａ）に示すように、可動薄膜１３の表示側の表面を、導光板７側に設けた誘電体多層膜４５に全反射臨界角θｃより小さな入射角で周囲光が導入されるように山形の凹凸状に形成している。即ち、この山形斜面の傾斜角度は、可動薄膜１３に導入される周囲光が全反射臨界角θｃより小さくなるように屈折させる傾斜角度に設定している。従って、反射表示モードにおいては、可動薄膜１３が導光板７に対して距離ｄＴだけ離間配置されることで、可動薄膜１３に導入された周囲光は誘電体多層膜４５，４５の光学的干渉効果によって導光板７内へ透過して、導光板７の表示側とは反対側に設けた光吸収膜４９によって吸収され、表示側に光が出射されることはない。

一方、図１８（ｂ）に示すように、可動薄膜１３が導光板７に近接配置されていると、誘電体多層膜４５，４５の光学的干渉効果によって、可動薄膜１３内に導入された周囲光は表示側へ反射して戻され、戻された反射光は可動薄膜１３の山形斜面により全反射することなく表示側へ出射される。つまり、表示側へ光が出射されることになる。

また、発光表示モードにおいては、図１８（ｃ）に示すように、可動薄膜１３が導光板７から所定距離ｄＴだけ離間していると、導光板７内を全反射導光されてくる光はそのまま全反射導光を続けて表示側に光が出射されることはない。

一方、図１８（ｄ）に示すように、可動薄膜１３が導光板７に近接配置されると、全反射導光されてきた光が可動薄膜１３内に導かれ、可動薄膜１３の表示側の山形斜面によって全反射することなく表示側へ出射される。

また、図１９に図１８に示す反射表示モードのＯＮ／ＯＦＦ特性を逆に設定した一例を示した。図１９（ａ）に示すように、可動薄膜１３が導光板７に近接配置されたときには、周囲光が誘電体多層膜４５を透過して光吸収膜４９によって吸収される。また、図１９（ｂ）に示すように、可動薄膜１３が導光板７から所定距離ｄＲだけ離間していると、可動薄膜１３内に導入された周囲光は、誘電体多層膜４５の光学的干渉効果によって反射され、反射光は表示側に出射される。

次に、本発明に係る表示素子の第３の実施の形態を説明する。

図２０は第３の実施の形態に係る表示素子の反射表示モードと発光表示モードとにおける明暗時の動作説明図、図２１はフロントライト方式の導光板を表す斜視図、図２２はフロントライト方式の導光板の作用説明図である。

本実施形態の表示素子３００は、導光板７がフロントライト方式の導光板９３であって、このフロントライト方式の導光板９３と平行に透明基板９５を設け、透明基板９５の導光板９３側とは反対側の面に、２次元光変調アレイ５を設けて構成している。図２１に示すように、フロントライト方式の導光板９３は、一端面配設した蛍光ランプ３から光源光を導入する。

また、導光板９３の表示側１１の面には、蛍光ランプ３の管軸と同方向の段付き部９４を、光伝搬方向に複数列平行に形成している。蛍光ランプ３からの光源光は、導光板９３内を伝搬して、図２２に示すように、段付き部９４によって屈折されて表示側１１と反対側の面から出射され、２次元光変調アレイ５に入射する。

そして、反射表示モードでは、図２０（ａ）に示すように、２次元光変調アレイ５に入射した光は、可動薄膜１３が導光板９３と離間して配置している場合、可動薄膜１３により吸収され、図２０（ｂ）に示すように、可動薄膜１３が導光板９３に近接配置している場合、光学的干渉効果により表示側に反射される。また、発光表示モードでは、図２０（ｃ）に示すように、フロントライト方式の導光板９３から供給される光は、可動薄膜１３が導光板９３と離間して配置している場合、可動薄膜１３により吸収され、図２０（ｄ）に示すように、可動薄膜１３が導光板９３に近接配置している場合、光学的干渉効果により表示側に反射される。

なお、光変調素子１５におけるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）色別の反射又は出射特性は、誘電体多層膜４５，４５の層構成や空隙２７の高さ等を変更することによって実現できる。

この表示素子３００によれば、導光板９３と、２次元光変調アレイ５の基板とが別体のものとなり、部品点数は増えるが、それぞれの特性に最適な材質のものを選択できるようになり、設計の自由度が増すと共に、フロントライト方式の導光板９３とすることで、導光板中の光が、プリズムによって２次元光変調アレイ５へ均一に照射され、視認性が高められる。また、フロントライト方式の導光板９３に形成された高透明度プリズム（段付き部９４）によって、蛍光ランプ３の非点灯時の画質低下が防止される。

次に、本発明に係る表示素子の第４の実施の形態を説明する。

図２３は第４の実施の形態に係る表示素子の反射表示モードと発光表示モードとにおける明暗時の動作説明図である。

本実施形態の表示素子４００は、導光板がフロントライト方式の導光板９３であって、導光板９３と平行に透明基板９５を設け、この透明基板９５の導光板側の面に２次元光変調アレイ５を設けている。つまり、第３の実施の形態と、２次元光変調アレイ５の配設位置が導光板９３を挟んで反対となっている。また、透明基板９５の表示側とは反対側に、透明基板９５を通過する光を吸収するための光吸収膜５３を設けている。

この表示素子４００によれば、２次元光変調アレイ５の可動薄膜１３が、フロントライト方式の導光板９３と、透明基板９５とによって挟まれて配置され、上記した２次元光変調アレイ５に対する外部環境からの封止構造が容易に実現可能となる。また、反射表示モード及び発光表示モードのいずれの場合においても、表示光が透明基板９５を透過する必要がなくなり、反射光及び光源光のいずれの場合においても透明基板９５を透過させずに済む分、表示光の光強度低下を防止できる。

次に、本発明に係る表示素子の第５の実施の形態を説明する。

図２４は第５の実施の形態に係る表示素子の反射表示モードと発光表示モードとにおける明暗時の動作説明図である。

本実施形態による表示素子５００は、平面光源（バックライト光源）５５を透明基板９５の表示側とは反対側に設け、さらに平面光源５５の透明基板９５とは反対側に吸収膜５６を設けている。

この表示素子５００によれば、反射表示モードでは、平面光源５５を消灯し、図２４（ａ）に示すように、可動薄膜１３を透明基板９５から離間配置することで、周囲光を可動薄膜１３に透過させて吸収膜５６により吸収するＯＦＦ状態と、図２４（ｂ）に示すように、可動薄膜１３を透明基板９５に近接配置することで、周囲光を誘電体多層膜（図示略）の光学的干渉効果により光変調して表示側へ反射させて出射するＯＮ状態が選択的に得られる。一方、発光表示モードでは、平面光源５５を点灯し、図２４（ｃ）に示すように、可動薄膜１３を透明基板９５から離間配置することで光を表示側へ出射させるＯＮ状態と、図２４（ｄ）に示すように、可動薄膜１３を導光板７に近接配置することで平面光源５５からの光を誘電体多層膜（図示略）の光学的干渉効果により反射して表示側に出射させないＯＦＦ状態が選択的に得られる。

ここで、図２４に示す光変調素子のより具体的な構成の一例を説明する。

図２５に光変調素子の層構成とその動作を説明する拡大図を示した。図２５（ａ）は図２４（ｃ）に対応する状態を、図２５（ｂ）は図２４（ｄ）に対応する状態を示している。また、光変調素子の構成は、図１９と同様であるが、光源を平面光源５５としている点が異なっている。

この場合、平面光源５５から透明基板９５の表示側界面へ、全反射臨界角θｃより大きな入射角θを有する光を導入するため、適宜な光学素子を透明基板９５と平面光源５５との間に介装すればよい。この光学素子としては、簡単にはプリズムが挙げられるが、例えば本願発明者による特願２０００−３７４５２７号に記載した誘電体多層膜等からなる光学素子を好適に用いることができる。

次に、本発明に係る表示素子の第６の実施の形態を説明する。

図２６は第６の実施の形態に係る表示素子の反射表示モードと発光表示モードとにおける明暗時の動作説明図である。

本実施形態の表示素子６００は、透明基板９５の表示側に２次元光変調アレイ５を設けたことを特徴としている。

この表示素子６００によれば、透明基板９５の表示側に２次元光変調アレイ５が設けられ、図２６（ｂ）に示す反射表示モードでは、透明基板９５を透過させずに直接可動薄膜１３を透過させるのみで光変調が可能となり、高効率で反射光を得ることができる。なお、上記したように、２次元光変調アレイ５は外部環境からシールドした封止構造とすることが望ましく、シールドパネル等で可動薄膜１３の表示側を覆う必要があるが、この場合、透明基板９５とシールドパネル等とは兼用しないため、透明基板９５の材質に限定されない任意な材質のシールドパネル等が採用可能となり、設計の自由度が向上する。

次に、本発明に係る表示素子の第７の実施の形態を説明する。

図２７は第７の実施の形態に係る表示素子の光変調素子の要部拡大断面図である。

本実施形態の表示素子７００は、光変調素子１５の基板が、シリコン基板１１３からなることを特徴としている。即ち、本実施形態では、光変調素子の主要部が形成される従来のガラス基板またはプラスチックフィルムに代えてシリコン基板１１３を使用して、シリコン基板上に光変調素子の主要部を形成している。

図２７に示す本実施形態に係る画像表示素子は、Ｓｉ（シリコン）基板１１３と、Ｓｉ基板１１３の上面に接して形成された絶縁層１９と、絶縁層１９の上面に接して形成された第１の電極１７と、第１の電極１７の上面の部分領域に形成された空隙２７と、第１の電極１７の上面に空隙２７を覆って形成された可動薄膜１３と、可動薄膜１３の上部に接して形成された第２の電極２５と、空隙２７を外れた可動薄膜１３の表面から第１の電極１７の表面に達するまで貫通するコンタクトホール１１５と、コンタクトホール１１５の上部の周囲からコンタクトホール１１５を通じて第１の電極１７の表面までに形成された下部電極１１７とを具備する。

これら構成の可能な材料の組合せとしては、例えば、絶縁層１９として二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、第１の電極１７としてポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）、空隙２７の犠牲層としてアルミニウム（Ａｌ）、可動薄膜１３として窒化シリコン（ＳｉＮ）、第２の電極２５としてＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）とすることができる。下部電極１１７については、第２の電極２５と同じ材料組成とすることができる。

また、絶縁層１９及び可動薄膜１３として、ＳｉＯ_２に代えてリン珪酸ガラス（ＰＳＧ）、ホウ素珪酸ガラス（ＢＳＧ）、ホウ素リン珪酸ガラス（ＢＰＳＧ）、或いはそれらの複合物を用いることもできる。同様に、第１の電極１７として、タングステンの外に、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、或いはそれらの合金を用いることもできる。また、任意の金属としては、例えばＡｌ、Ｍｏ、Ｗを挙げることができる。但し、第１の電極１７とは異種材料を選択する必要がある。さらに、第２の電極２５は、ＩＴＯの外に、酸化錫（ＳｎＯ_２）とすることもできる。

本実施形態の表示素子７００によれば、光変調素子１５の基板がシリコン基板１１３からなることで、半導体装置の製造技術を用いて光変調素子を容易に製造でき、微細化された光変調素子が低コストで製造できるようになる。また、シリコン基板１１３上に、製造された光変調素子と関係するアクティブ素子等の他の半導体回路を同時、かつ一体に形成できるようにしている。これにより、光変調素子の集積度を高め、一層の微細化が図られる。

以上の各実施の形態で説明した構成を有する表示素子は、携帯用機器の画像表示部として好適に用いることができる。携帯用機器としては、例えば図２８（ａ）に示す携帯電話１２１、図２８（ｂ）に示す携帯端末１２３、図２８（ｃ）に示すデジタルカメラ１２５、図２８（ｄ）に示すビデオカメラ１２７等を好適に挙げることができる。

これらの携帯用機器１２１，１２３，１２５，１２７では、上記した各実施の形態のいずれかの表示素子を画像表示部１２１ａ，１２３ａ，１２５ａ，１２７ａに用いることで、持ち運び先の周囲光環境に応じた最適な表示が可能となり、周囲光環境が種々に変化しても、周囲光環境に左右されない良好な視認性が得られることになる。また、周囲光が利用できる場合には、光源を点灯させずに周囲光を反射光に利用するため省電力化が図れ、これら携帯用機器１２１，１２３，１２５，１２７の消費電力を低減させて、携帯用機器内蔵の電源装置、ひいては携帯用機器全体の小型化も可能となる。

本発明に係る表示素子の第１の実施の形態の外観斜視とその要部を拡大して示した構成図である。 図１に示した表示素子の導光板を裏面から見た平面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 図１の表示素子に用いられる表示駆動部のブロック図である。 図２に示した光変調素子の動作説明図で（ａ），（ｂ）は光変調素子の構成図で（ｃ），（ｄ）は反射率特性を示すグラフである。 図１に示した表示素子の反射表示モードと発光表示モードとにおける明暗時の動作説明図である。 具体的な光変調素子の層構成とその動作を説明する拡大図である。 印加電圧と光透過率との特性を示したヒステリス線図である。 マトリクス状に光変調部を配置したアレイ型光変調素子の平面図である。 走査電極電圧及び信号電極電圧の組み合わせと、光変調部の電極間電圧との関係を示した説明図である。 マトリクス状に配置した各光変調部に異なる波形の電圧を印加してデータを書き込む方法の説明図である。 光変調素子に半導体トランジスタを設けたアクティブマトリクスの等価回路図である。 二行二列に配列した半導体アクティブマトリクスの等価回路図である。 アクティブマトリクスとした２次元光変調アレイの各光変調部に異なる波形の電圧を印加してデータを書き込む方法の説明図である。 導光方式の変形例を表す導光板端部の拡大断面図である。 第２の実施の形態に係る表示素子の反射表示モードと発光表示モードとにおける明暗時の動作説明図である。 具体的な光変調素子の層構成とその動作を説明する拡大図である。 図１８に示す反射表示モードのＯＮ／ＯＦＦ特性を逆に設定した光変調素子の一例を示す拡大図である。 第３の実施の形態に係る表示素子の反射表示モードと発光表示モードとにおける明暗時の動作説明図である。 フロントライト方式の導光板を表す斜視図である。 フロントライト方式の導光板の作用説明図である。 第４の実施の形態に係る表示素子の反射表示モードと発光表示モードとにおける明暗時の動作説明図である。 第５の実施の形態に係る表示素子の光変調素子の要部拡大断面図である。 具体的な光変調素子の層構成とその動作を説明する拡大図である。 第６の実施の形態に係る表示素子の反射表示モードと発光表示モードとにおける明暗時の動作説明図である。 第７の実施の形態に係る表示素子の光変調素子の要部拡大断面図である。 本発明に係る表示素子を搭載した各種携帯用機器を表す外観斜視図である。

符号の説明

３ 光源
７ 導光板
１３ 可動薄膜
１５ 光変調素子
２７ 空間
３５ 周囲光センサ
４１ 表示モード切り換え部
４５ 誘電体多層膜
５２ 次元光変調アレイ
９３ フロントライト方式の導光板
９５ 透明基板
１１３ シリコン基板
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００ 表示素子
１２１ａ，１２３ａ，１２５ａ，１２７ａ 画像表示部
１２１，１２３，１２５，１２７ 携帯用機器

Claims (13)

1. 光源と、電気機械動作により可動薄膜を変位させることで入射光に対する透過率又は反射率が変化する光変調素子を基板上で２次元配列して形成した２次元光変調アレイとを備え、該２次元光変調アレイにより変調された光を表示側へ出射する表示素子であって、
   前記表示側から導入される周囲光を前記入射光として反射表示する反射表示モードと、
   光源からの光を前記入射光として発光表示する発光表示モードとのいずれか或いは両方のモードで表示可能に構成したことを特徴とする表示素子。
2. 前記基板が導光板であって、前記光源が前記導光板の側方から光を供給することを特徴とする請求項１記載の表示素子。
3. 前記基板の表示側に該基板に対して平行に対峙して設けたフロントライト方式の導光板を備え、前記光源が前記導光板の側方から光を供給することを特徴とする請求項１記載の表示素子。
4. 前記光源が、前記基板の表示側とは反対側に設けた平面光源であることを特徴とする請求項１記載の表示素子。
5. 前記基板の表示側とは反対側の面上に前記２次元光変調アレイを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の表示素子。
6. 前記基板の表示側の面上に前記２次元光変調アレイを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の表示素子。
7. 前記光変調素子が、基板に対して接近・離間方向に移動自在に支持された可動部と、前記可動部及び基板の双方にそれぞれ対峙して設けた一対の電極とを具備し、
   前記反射表示モードでは、前記可動部を前記基板に近接配置又は離間配置することで周囲光を光学的干渉効果により光変調し、前記周囲光を表示側に反射又は吸収する一方、
   前記発光表示モードでは、前記可動部を前記基板に近接配置することで、光源からの光を表示側に出射し、前記可動部を前記基板から離間配置することで、前記光を出射させないことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の記載の表示素子。
8. 前記２次元光変調素子アレイの形成された基板が、透明基板からなることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の表示素子。
9. 前記２次元光変調素子アレイの形成された基板が、シリコン基板からなることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の表示素子。
10. 前記２次元光変調アレイを単純マトリクス駆動する表示駆動部を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の表示素子。
11. 前記２次元光変調アレイをアクティブマトリクス駆動する表示駆動部を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の表示素子。
12. 前記表示素子の周囲の明るさを検出する周囲光センサと、
    該周囲光センサからの出力に応じて前記反射表示モード、発光表示モード、或いは両モードによる表示に変更する表示モード切り換え部とを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項記載の表示素子。
13. 請求項１〜請求項１２のいずれか１項記載の表示素子を用いた画像表示部を備えたことを特徴とする携帯用機器。

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