JP4830183B2 - Optical multilayer structure and optical switching element, and an image display device - Google Patents

Optical multilayer structure and optical switching element, and an image display device Download PDF

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Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、入射光を反射,透過若しくは吸収させる機能を有する光学多層構造体、およびこれを用いた光スイッチング素子並びに画像表示装置に関する。 The present invention, reflects the incident light, the optical multilayer structure having a function of transmitting or absorption, and an optical switching element and an image display apparatus using the same.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
近年、映像情報の表示デバイスとしてのディスプレイの重要性が高まっており、このディスプレイ用の素子として、更には、光通信,光記憶装置,光プリンタなどの素子として、高速で動作する光スイッチング素子(ライトバルブ)の開発が要望されている。 Recently, there has been a growing importance of a display as a display device of video information, as an element for the display, further, optical communications, optical storage devices, as a device such as an optical printer, high speed operation optical switching element ( the development of the light bulb) has been demanded. 従来、この種の素子としては、液晶を用いたもの、マイクロミラーを用いたもの(DMD;Digtal Micro Miror Device 、ディジタルマイクロミラーデバイス、テキサスインスツルメンツ社の登録商標)、回折格子を用いたもの(GLV:Grating Light Valve,グレーティングライトバルブ、SLM(シリコンライトマシン)社)等がある。 Conventionally, as devices of this kind, one using a liquid crystal, one using a micromirror (DMD; Digtal Micro Miror Device, digital micromirror device, registered trademark of Texas Instruments), those using a diffraction grating (GLV : grating light valve, grating light valves, and the like SLM (silicon light machines), Inc.).
【0003】 [0003]
GLVは回折格子をMEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 構造で作製し、静電力で10nsの高速ライトスイッチング素子を実現している。 GLV was produced a diffraction grating in MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) structure, it realizes a high speed write switching element 10ns by electrostatic force. DMDは同じくMEMS構造でミラーを動かすことによりスイッチングを行うものである。 DMD is also performs switching by moving the mirror by the MEMS structure. これらのデバイスを用いてプロジェクタ等のディスプレイを実現できるものの、液晶とDMDは動作速度が遅いために、ライトバルブとしてディスプレイを実現するためには2次元配列としなければならず、構造が複雑となる。 Although a display can be realized such as a projector using these devices, because the liquid crystal and the DMD is slow operating speed, must be a two-dimensional array, the structure becomes complicated in order to realize a display as a light valve . 一方、GLVは高速駆動型であるので、1次元アレイを走査することでプロジェクションディスプレイを実現することができる。 Meanwhile, GLV since a fast-driven, it is possible to realize a projection display by scanning a one-dimensional array.
【0004】 [0004]
しかしながら、GLVは回折格子構造であるので、1ピクセルに対して6つの素子を作り込んだり、2方向に出た回折光を何らかの光学系で1つにまとめる必要があるなどの複雑さがある。 However, since the GLV is a grating structure, there are complexities such as Dari crowded make six elements per pixel, it is necessary to combine the diffracted light emitted in two directions to one for some optical systems.
【0005】 [0005]
簡単な構成で実現できるものとしては、米国特許公報5589974号や米国特許公報5500761号に開示されたものがある。 As can be realized with a simple structure, there are those disclosed in and U.S. Patent Publication No. 5,589,974 U.S. Patent Publication 5,500,761. このライトバルブは、基板(屈折率n S )の上に間隙部(ギャップ層)を挟んで、屈折率が√n Sの透光性の薄膜を設けた構造を有している。 The light valve, across the gap onto the substrate (refractive index n S) (gap layer), and has a refractive index is provided a light-transmitting thin film of √n S structure. この素子では、静電力を利用して薄膜を駆動し、基板と薄膜との間の距離、すなわち、間隙部の大きさを変化させることにより、光信号を透過あるいは反射させるものである。 This device utilizes the electrostatic force to drive the thin film, the distance between the substrate and the thin film, i.e., by changing the size of the gap portion, is intended to transmit or reflect light signals. ここで、薄膜の屈折率は基板の屈折率n Sに対して、√n Sとなっており、このような関係を満たすことにより、高コントラストの光変調を行うことができるとされている。 Here, the refractive index of the thin film for refractive index n S of the substrate, has a √n S, by satisfying such a relation, which is to be able to perform optical modulation of high contrast.
【0006】 [0006]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
しかしながら、上述のような構成の素子では、基板の屈折率n Sが「4」などの大きな値でなければ、可視光領域においては実現することはできないという問題がある。 However, in the device having the above configuration, if a large value such as the refractive index n S of the substrate "4", there is a problem that can not be realized in the visible light region. すなわち、透光性薄膜としては、構造体であることを考えると、窒化珪素(Si 34 )(屈折率n=2.0)などの材料が望ましいので、その場合には基板の屈折率n S =4となる。 That is, the light-transmitting thin film, considering that it is a structure, since the material such as silicon nitride (Si 3 N 4) (refractive index n = 2.0) is desired, the refractive index of the substrate in that case a n S = 4. 可視光領域では、このような透明基板は入手が困難であり、材料の選択肢は狭い。 In the visible light region, such a transparent substrate is difficult to obtain, choice of materials is narrow. 赤外線等の通信用波長では、ゲルマニウム(Ge)(n=4)などを用いることにより実現可能であるが、ディスプレイなどの用途としては、現実的には適用することは難しいと思われる。 The communication wavelength such as infrared rays, it can be realized by using a germanium-(Ge) (n = 4), as the applications such as display, in reality it seems difficult to apply.
【0007】 [0007]
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第1の目的は、簡単な構成で、小型軽量であると共に、構成材料の選択にも自由度があり、かつ可視光領域においても高速応答が可能であり、画像表示装置等に好適に用いることができる光学多層構造体を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, the first object, a simple configuration, as well as a small and lightweight, there is freedom in the choice of construction materials, and faster in the visible light region are possible response is to provide an optical multilayer structure can be suitably used in the image display device or the like.
【0008】 [0008]
また、本発明の第2の目的は、上記光学多層構造体を用いた高速応答が可能な光スイッチング素子および画像表示装置を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide a fast-response can optical switching element and an image display apparatus using the optical multilayer structure.
【0009】 [0009]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
本発明による光学多層構造体は、基板上に、光の吸収のある第1の層、光の干渉現象を起こし得る大きさを有すると共にその光学的な大きさがλ/4の奇数倍とλ/4の偶数倍(0を含む)との間で、2値的あるいは連続的に変化可能な間隙部、および第2の層をこの順に配設した構造を有すると共に、前記間隙部の光学的な大きさを変化させる駆動手段を有し、前記間隙部の大きさを変化させることにより、前記第2の層側から入射した光の反射、透過若しくは吸収の量を変化させるものであり、前記基板を、式(2)を満たすN S (=n S −i・k S ,n S は屈折率,k S は消衰係数,iは虚数単位)の複素屈折率を有する基板とし、前記第1の層を、式(2)を満たすN 1 Optical multilayer structure according to the invention, on a substrate, a first layer with a light absorption, an odd multiple of its optical size is lambda / 4 and has a magnitude capable of causing interference phenomenon of light and lambda / 4 between an even multiple (including 0), binary or continuously changeable gap, and a second layer which has a structure which is disposed in this order, the optical of the gap a driving means for changing the sized, by varying the size of the gap portion, the reflection of light incident from the second layer side, which changes the amount of transmitted or absorbed, the the substrate was n S (= n S -i · k S, n S is the refractive index, k S is the extinction coefficient, i is the imaginary unit) satisfying the formula (2) with a substrate having a complex refractive index of the first the first layer, N 1 satisfying the formula (2) (=n 1 −i・k 1 ,n 1は屈折率,k 1は消衰係数)の複素屈折率を有する材料により形成し、前記第2の層を、式(2)を満たすn 2 の屈折率を有する材料により形成してなるものである(但し,入射媒質の屈折率を1.0とする)。 (= N 1 -i · k 1 , n 1 is the refractive index, k 1 is an extinction coefficient) forms the shape of a material having a complex index of refraction, the second layer, n 2 satisfying the equation (2) of those obtained by forming a material having a refractive index (provided that the refractive index of the incident medium is 1.0).
【0011】 [0011]
【0012】 [0012]
本発明による光スイッチング素子は、本発明の光学多層構造体と、この光学多層構造体における間隙部の光学的な大きさを変化させるための駆動手段とを備えたものである。 Optical switching element according to the present invention, the optical multilayer structure of the present invention, in which a driving means for changing an optical size of the gap portion in the optical multilayer structure.
【0013】 [0013]
本発明による画像表示装置は、本発明による光スイッチング素子を複数個、1次元あるいは2次元に配列したものであり、3原色の光を照射し、スキャナによって走査することで2次元画像を表示するものである。 The image display apparatus according to the present invention, an optical switching device according to the present invention a plurality, which are arranged one-dimensionally or two-dimensionally, irradiated with light of three primary colors to display a two-dimensional image by scanning by the scanner it is intended.
【0014】 [0014]
本発明による光学多層構造体では、間隙部の大きさを、「λ/4」(λは入射光の設計波長)の奇数倍と「λ/4」の偶数倍(0を含む)との間で、2値的あるいは連続的に変化させると、入射光の反射、透過若しくは吸収の量が2値的あるいは連続的に変化する。 The optical multilayer structure according to the invention, between the size of the gap portion, and the "lambda / 4" (lambda is the design wavelength of the incident light) (including 0) odd multiple and an even multiple of "lambda / 4" in in, 2 when valued or to continuously change, reflection of incident light, the amount of transmission or absorption binary or continuously varied.
【0015】 [0015]
本発明の光学多層構造体では、また、間隙部の大きさを0に固定し、基板と、この基板に接して形成された、光の吸収のある第1の層と、この第1の層の前記基板とは反対側の面に接して形成された第2の層とを備えた構成とすることにより、反射防止膜として利用することが可能になる。 The optical multilayer structure of the present invention, also, the size of the gap portion is fixed to 0, the substrate and, formed in contact with the substrate, a first layer having an absorption of light, the first layer the of the substrate by a configuration in which a second layer formed in contact with a surface on the opposite side, and can be used as an antireflection film.
【0016】 [0016]
本発明による光スイッチング素子では、駆動手段によって、光学多層構造体の間隙部の光学的な大きさが変化することにより、入射光に対してスイッチング動作がなされる。 In the optical switching device according to the invention, by a drive means, by an optical size of the gap portion of the optical multilayer structure is changed, the switching operation is performed with respect to the incident light.
【0017】 [0017]
本発明による画像表示装置では、1次元あるいは2次元に配列された本発明の複数の光スイッチング素子に対して光が照射されることによって2次元画像が表示される。 In the image display device according to the invention, 2-dimensional image by the light is irradiated to a plurality of optical switching element of the present invention arranged one-dimensionally or two-dimensionally is displayed.
【0018】 [0018]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 It will be described in detail with reference to the drawings, embodiments of the present invention.
【0019】 [0019]
図1および図2は、本発明の一実施の形態に係る光学多層構造体1の基本的な構成を表すものである。 Figures 1 and 2 illustrates the basic configuration of the optical multilayer structure 1 according to an embodiment of the present invention. 図1は光学多層構造体1における後述の間隙部12が存在し、高反射時の状態、図2は光学多層構造体1の間隙部12がなく、低反射時の状態をそれぞれ示している。 1 there is a gap portion 12 which will be described later in the optical multilayer structure 1, a high reflection state at the time of FIG. 2 has no gap portion 12 of the optical multilayer structure 1, and shows a state at the time of low reflection respectively. なお、この光学多層構造体1は具体的には例えば光スイッチング素子として用いられ,この光スイッチング素子を複数個1次元または2次元に配列することにより、画像表示装置を構成することができる。 Incidentally, the optical multilayer structure 1 is specifically is used as an optical switching element for example, by arranging the light switching element into plural one-dimensional or two-dimensional, it is possible to configure the image display device. また、詳細は後述するが、図2のような構造に固定した場合には、反射防止膜として利用することができるものである。 Further details will be described later, in case of fixing the structure shown in FIG. 2 are those which can be utilized as an antireflection film.
【0020】 [0020]
本実施の形態の光学多層構造体1は、基板10の上に、この基板10に接する、光の吸収のある第1の層11、光の干渉現象を起こし得る大きさを有すると共にその大きさを変化させることのできる間隙部12、および第2の層13をこの順で配設して構成したものである。 Optical multilayer structure 1 of the present embodiment, on the substrate 10, its size together with the contact with the substrate 10 having a first layer 11 having an absorption of light, the size capable of causing an optical interference phenomenon gap 12 capable of changing, and the second layer 13 is constructed by and disposed in this order.
【0021】 [0021]
ここで、基板10の複素屈折率をN S (=n S −i・k S ,n Sは屈折率,k Sは消衰係数,iは虚数単位)、第1の層11の複素屈折率をN 1 (=n 1 −i・k 1 ,n 1は屈折率,k 1は消衰係数,iは虚数単位)、第2の層13の屈折率をn 2 、入射媒質の屈折率を1.0(空気)としたとき、次式(3)の関係を満たすように設定されている。 Here, the complex refractive index of the substrate 10 N S (= n S -i · k S, n S is the refractive index, k S is the extinction coefficient, i is an imaginary unit), the complex refractive index of the first layer 11 the n 1 (= n 1 -i · k 1, n 1 is the refractive index, k 1 is the extinction coefficient, i is an imaginary unit), the refractive index of the second layer 13 n 2, the refractive index of the incident medium when 1.0 (air), are set so as to satisfy the relation of equation (3). なお、その意義については後述する。 It will be described later significance.
【0022】 [0022]
【0023】 [0023]
基板10は、カーボン(C),グラファイト(黒鉛)などの非金属,タンタル(Ta)などの金属,酸化クロム(CrO)などの酸化金属,窒化チタン(TiN X )などの窒化金属,シリコンカーバイド(SiC)などの炭化物,シリコン(Si)などの半導体等の、不透明で光の吸収のある材料により形成されたもの、あるいは、これら光の吸収のある材料の薄膜を透明基板上に成膜したものとしてもよい。 Substrate 10, the carbon (C), graphite (graphite) nonmetal such as a metal such as tantalum (Ta), metal oxide such as chromium oxide (CrO), a metal nitride such as titanium nitride (TiN X), silicon carbide ( SiC) carbides, such as silicon (Si) semiconductor or the like, such as those formed by a absorption of opaque and light materials, or those of the thin film of the material with absorption of these light was formed on a transparent substrate it may be. 基板10は、また、例えばガラス,プラスチックなどの透明材料若しくは消衰係数kの値の低い半透明材料により形成されたものとしてもよい。 Substrate 10 also, for example, glass may be those formed by a semi-transparent material having low values ​​of the transparent material or the extinction coefficient k, such as plastic.
【0024】 [0024]
第1の層11は、光の吸収のある層であり,例えばTa,Ti,Crなどの金属,CrOなどの酸化金属,TiN Xなどの窒化金属,SiCなどの炭化物,シリコン(Si)などの半導体などにより形成されたものである。 The first layer 11 is a layer of light absorption, for example Ta, Ti, a metal such as Cr, metal oxide such as CrO, a metal nitride such as TiN X, such as SiC carbides, such as silicon (Si) semiconductor and is formed by like.
【0025】 [0025]
第2の層13は、透明材料により形成されたものであり、例えば、酸化チタン(TiO 2 )(n 2 =2.4),窒化珪素(Si 34 )(n 2 =2.0),酸化亜鉛(ZnO)(n 2 =2.0),酸化ニオブ(Nb 25 )(n 2 =2.2),酸化タンタル(Ta 25 )(n 2 =2.1),酸化珪素(SiO)(n 1 =2.0),酸化スズ(SnO 2 )(n 2 =2.0),ITO(Indium-Tin Oxide) (n 2 =2.0)などにより形成されている。 The second layer 13 has been formed by a transparent material, for example, titanium oxide (TiO 2) (n 2 = 2.4), silicon nitride (Si 3 N 4) (n 2 = 2.0) , zinc oxide (ZnO) (n 2 = 2.0 ), niobium oxide (Nb 2 O 5) (n 2 = 2.2), tantalum oxide (Ta 2 O 5) (n 2 = 2.1), oxide silicon (SiO) (n 1 = 2.0 ), tin oxide (SnO 2) (n 2 = 2.0), ITO (Indium-tin oxide) (n 2 = 2.0) is formed by a.
【0026】 [0026]
なお、この第2の層13は、スイッチング動作時においては、後述のように可動部として作用するため、特に、ヤング率が高く、丈夫なSi 34などで形成されたものであることが好ましい。 Incidentally, the second layer 13, at the time of switching operation, to act as a movable portion as described later, to be particularly high Young's modulus, and is formed in such strong Si 3 N 4 preferable. また、静電気により駆動する場合には、第2の層13の一部にITOなどの透明導電膜を含めるようにすればよい。 Also, when driving by static electricity may be a part of the second layer 13 to include the transparent conductive film such as ITO. Si 34とITOの屈折率は同等であるので、それぞれどの程度の膜厚にするかは任意である。 Since Si 3 N 4 and the refractive index of ITO are equivalent, it is either the thickness of the extent to which each is arbitrary. また、第1の層11と第2の層13とが接触する場合には、接触時に電気的に短絡しないように、第2の層13の基板側をSi 34 、入射媒質側をITOとすることが望ましい。 Further, when the first layer 11 and second layer 13 are in contact, so as not to electrically short-circuit upon contact, the substrate side of the second layer 13 Si 3 N 4, ITO incident medium side it is desirable to.
【0027】 [0027]
第1の層11の物理的な膜厚d 1は、入射光の波長、その材料のnとkの値、基板および第2の層13の光学定数により決まるもので、例えば5〜60nm程度の値をとる。 Physical film thickness d 1 of the first layer 11, the wavelength of the incident light, the values of n and k of the material, those determined by the optical constants of the substrate and the second layer 13, for example, about 5~60nm It takes a value.
【0028】 [0028]
第2の層13の光学的な膜厚n 2・d 2は、基板10がカーボン,グラファイト,炭化物若しくはガラスなどの透明材料により形成されており、かつ、第1の層11がタンタル(Ta)などの消衰係数k 1の大きな金属材料等により形成されている場合には、「λ/4」(λは入射光の設計波長)以下である。 Optical film thickness n 2 · d 2 of the second layer 13, the substrate 10 is carbon, graphite, is formed of a transparent material such as a carbide or glass, and, the first layer 11 of tantalum (Ta) if it is formed by a large metallic material such extinction coefficient k 1 such as is (the lambda design wavelength of incident light) "lambda / 4" or less. 但し、基板10がカーボン,グラファイト,炭化物若しくはガラスなどの透明材料により形成され、かつ、第1の層11がシリコン(Si)などの消衰係数k 1の小さな材料により形成されている場合には、第2の層13の光学的な膜厚d 2は「λ/4」より大きく、「λ/2」以下である。 However, the substrate 10 is carbon, graphite, is formed of a transparent material such as a carbide or glass, and, when the first layer 11 is formed by material having small extinction coefficient k 1 such as silicon (Si) is , optical film thickness d 2 of the second layer 13 is greater than "lambda / 4", is "lambda / 2" or less. これは第1の層11をSiにより形成した場合の光学アドミッタンスの軌跡がアドミッタンスダイアグラム上で上方に移動するため、第2の層12との交点が実軸よりも上側(虚軸上で+側)となるためである。 This is because the locus of optical admittance in the case of forming the first layer 11 Si moves upward on the admittance diagram, an intersection between the second layer 12 on the upper side (the imaginary axis than the real axis positive side ) and it is to become.
【0029】 [0029]
なお、以上の膜厚d 1 ,d 2は厳密に「λ/4」「λ/2」でなくとも、これらの近傍の値でもよい。 Incidentally, even more thickness d 1, d 2 are not strictly "lambda / 4", "lambda / 2", or the value of these neighbors. これは、例えば、一方の層の光学膜厚がλ/4より厚くなった分、他方の層を薄くするなどして補完できるからであり、また、上式(3)から屈折率が多少ずれた場合でも、膜厚で調整可能な場合もあり、その際にはd 1 ,d 2がλ/4から多少ずれることになるからである。 This, for example, minutes of the optical thickness of one layer becomes thicker than lambda / 4, is because it complements, such as by thinning the other layer, also, the refractive index from the above equation (3) is slightly displaced even if, in some cases adjustable in thickness, in that case because thus slightly deviates from d 1, d 2 is lambda / 4. このことは他の実施の形態においても同様である。 This also applies to other embodiments. よって、本明細書においては、「λ/4」の表現には「ほぼλ/4」の場合も含まれるものとする。 Therefore, in this specification, the expression "lambda / 4" shall include the case of "approximately lambda / 4".
【0030】 [0030]
なお、第1の層11および第2の層13は、互いに光学的特性の異なる2以上の層で構成された複合層としてもよいが、この場合には複合層における合成した光学的特性(光学アドミッタンス)が単層の場合と同等な特性を有するものとする必要がある。 The first layer 11 and second layer 13, but may be a composite layer formed of two or more layers having different optical characteristics from each other, optical characteristics synthesized in the composite layer in this case (optical admittance) must be assumed to have the same characteristics as in the case of a single layer.
【0031】 [0031]
間隙部12は、後述の駆動手段によって、その光学的な大きさ(第1の層11と第2の層13との間隔)が可変であるように設定されている。 Gap portion 12, the later of the driving means, its optical size (the interval between the first layer 11 and second layer 13) is set to be variable. 間隙部12を埋める媒体は、透明であれば気体でも液体でもよい。 Medium filling the gap portion 12 may be a liquid at the gas it is transparent. 気体としては、例えば、空気(ナトリウムD線(589.3nm)に対する屈折率n D =1.0)、窒素(N 2 )(n D =1.0)など、液体としては、水(n D =1.333)、シリコーンオイル(n D =1.4〜1.7)、エチルアルコール(n D =1.3618)、グリセリン(n D =1.4730)、ジョードメタン(n D =1.737)などが挙げられる。 As the gas, for example, air (refractive index n D = 1.0 with respect to sodium D ray (589.3 nm)), nitrogen (N 2) (n D = 1.0) , etc., as the liquid, water (n D = 1.333), silicone oil (n D = 1.4 to 1.7), ethyl alcohol (n D = 1.3618), glycerin (n D = 1.4730), Jodometan (n D = 1. 737), and the like. なお、間隙部12を真空状態とすることもできる。 It is also possible to the gap portion 12 and the vacuum state.
【0032】 [0032]
間隙部12の光学的な大きさは、「λ/4の奇数倍」と「λ/4の偶数倍(0を含む)」との間で、2値的あるいは連続的に変化するものである。 Optical size of the gap 12, between the "even multiple of lambda / 4 (including 0)," "lambda / 4 of the odd multiples" and is intended to change a binary or continuous . これにより入射光の反射、透過若しくは吸収の量が2値的あるいは連続的に変化する。 Thus the reflection of the incident light, the amount of transmission or absorption binary or continuously varied. なお、上記第1の層11および第2の層13の膜厚の場合と同様に、λ/4の倍数から多少ずれても、他の層の膜厚あるいは屈折率の多少の変化で補完できるので、「λ/4」の表現には、「ほぼλ/4」の場合も含まれるものとする。 As in the case of the film thickness of the first layer 11 and second layer 13, even if slightly deviated from a multiple of lambda / 4, can be supplemented with some variation in the thickness or refractive index of the other layers because, in the representation of the "λ / 4", it is intended to be included in the case of "approximately λ / 4".
【0033】 [0033]
このような間隙部12を有する光学多層構造体1は、図3および図4に示した製造プロセスにより作製することができる。 Optical multilayer structure 1 having such a gap portion 12 can be manufactured by the manufacturing process shown in FIGS. まず、図3(A)に示したように例えばカーボンからなる基板10の上に、例えばスパッタリング法によりTaからなる第1の層11を形成し、次いで,図3(B)に示したように例えばCVD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長 )法により犠牲層としての非晶質シリコン(a−Si)膜12aを形成する。 First, on a substrate 10 made of, for example, carbon as shown in FIG. 3 (A), for example, a first layer 11 made of Ta was formed by sputtering, and then, as shown in FIG. 3 (B) for example CVD: forming an amorphous silicon (a-Si) film 12a as a sacrificial layer by (chemical vapor deposition chemical vapor deposition). 続いて、図3(C)に示したように、間隙部12のパターン形状を有するフォトレジスト膜14を形成し、図3(D)に示したようにこのフォトレジスト膜14をマスクとして、例えばRIE(Reactive Ion Etching) により非晶質シリコン(a−Si)膜12aを選択的に除去する。 Subsequently, as shown in FIG. 3 (C), a photoresist film 14 having a pattern shape of the gap portion 12, as a mask the photoresist film 14 as shown in FIG. 3 (D), for example, by RIE (Reactive Ion Etching) to selectively remove the amorphous silicon (a-Si) film 12a.
【0034】 [0034]
次に、図4(A)に示したようにフォトレジスト膜14を除去した後、図4(B)に示したように例えばスパッタリング法によりSi 34からなる第2の層13を形成する。 Next, after removing the photoresist film 14 as shown in FIG. 4 (A), forming a second layer 13 made of Si 3 N 4 by, for example, a sputtering method, as shown in FIG. 4 (B) . 次いで、図4(C)に示したように、ドライエッチングにより非晶質シリコン(a−Si)膜12aを除去する。 Then, as shown in FIG. 4 (C), to remove the amorphous silicon (a-Si) film 12a by dry etching. これにより、間隙部12を備えた光学多層構造体1を作製することができる。 Thus, it is possible to manufacture the optical multilayer structure 1 having the gap portion 12.
【0035】 [0035]
本実施の形態の光学多層構造体1は、間隙部12の光学的な大きさを、λ/4の奇数倍とλ/4の偶数倍(0を含む)との間(例えば、「λ/4」と「0」との間)で、2値的あるいは連続的に変化させることによって、入射した光の反射,透過若しくは吸収の量を変化させるものである。 Optical multilayer structure 1 of the present embodiment, the optical size of the gap portion 12, between an even multiple of lambda / 4 of the odd multiple and lambda / 4 (including 0) (for example, "lambda / 4 "and between" 0 "), the binary or be continuously changed, thereby changing the amount of reflection, transmission or absorption of incident light.
【0036】 [0036]
次に、図5(A),(B)および図6(A),(B)を参照して、上記式(3)の意義について説明する。 Next, FIG. 5 (A), (B) and FIG. 6 (A), the with reference to (B), described the significance of the above formula (3).
【0037】 [0037]
上記のような光学多層構造体1のフィルタ特性は、光学アドミッタンスによって説明することができる。 Filter characteristic of the optical multilayer structure 1 as described above, can be explained by optical admittance. 光学アドミッタンスyは、複素屈折率N(=n−i・k、nは屈折率,kは消衰係数,iは虚数単位)と値が同じである。 Optical admittance y is the complex refractive index N (= n-i · k, n is the refractive index, k is the extinction coefficient, i is an imaginary unit) is the value the same. 例えば、空気のアドミッタンスはy(air) =1 、n(air) =1 、ガラスのアドミッタンスはy(glass) =1.52、n(glass) =1.52である。 For example, the admittance of air is y (air) = 1, n (air) = 1, the admittance of the glass y (glass) = 1.52, n (glass) = 1.52.
【0038】 [0038]
透明な基板上に透明な光学膜を形成すると、図5(B)に示したような光学アドミッタンスダイヤグラム上で、膜厚の増加に伴い円弧を描いて軌跡が移動する。 To form a clear transparent optical film on a substrate, and FIG. 5 (B) on the optical admittance diagram as shown in, the trajectory moves in an arc with an increase in film thickness. ここに、横軸はアドミッタンスの実軸(R e ),縦軸はアドミッタンスの虚軸(I m )をそれぞれ示している。 Here, the horizontal axis is the real axis of the admittance (R e), the vertical axis represents the imaginary axis of the admittance of the (I m), respectively. 例えば、n=y=1.52のガラス基板上にn=y=2.40のTiO 2などを成膜すると、その合成光学アドミッタンスの軌跡は、膜厚の増加に伴ってy=1.52の点から円弧を描きながら移動する。 For example, when forming the like TiO 2 for n = y = 2.40 on a glass substrate n = y = 1.52, the locus of the composite optical admittance, y = 1.52 with an increase in film thickness moving while drawing an arc from the point of. もし、TiO 2の光学的な膜厚がλ/4のときには、合成アドミッタンスの軌跡は実軸上の2.4 2 /1.52の点、すなわち3.79の点に帰着する(λ/4法則)。 If, when the optical film thickness of the TiO 2 is lambda / 4, the locus of the composite admittance 2.4 2 /1.52 points on the real axis, i.e. results in terms of 3.79 (lambda / 4 law). これはガラス基板(透明基板)上にλ/4の膜厚のTiO 2膜(第1の層)を成膜したときの合成アドミッタンスである。 This is a synthetic admittance when depositing the lambda / 4 of the thickness of the TiO 2 film (first layer) on a glass substrate (transparent substrate). つまり、この構造体を上から見ると、あたかもn=3.79の一体の基板を見ているのと同じようになる。 In other words, looking at the structure from the top, as if made in the same manner as looking at a board of integral n = 3.79. このときの反射率は、空気との界面では次式(4)で求まるので、反射率R=33.9%となる。 Reflectance at this time, since the obtained in the following formula at the interface between air (4), the reflectance R = 33.9%.
【0039】 [0039]
R=(n−1/n+1) 2・・・(4) R = (n-1 / n + 1) 2 ··· (4)
【0040】 [0040]
次に、この光学多層構造体の上に、更に、例えばn=y=1.947の膜を光学膜厚=λ/4だけ成膜すると、光学アドミッタンスダイヤグラム上では、3.79の点から右回りに軌跡が移動する。 Then, right on top of the optical multilayer structure, further, for example, forming a film of n = y = 1.947 by an optical film thickness = lambda / 4, in the optical admittance diagram, in terms of 3.79 locus to move around. その合成アドミッタンスは、Y=1.0となり、実軸上の1.0の点となる。 Its synthesis admittance, Y = 1.0, and becomes a point of 1.0 on the real axis. すなわち、これは合成アドミッタンス=合成屈折率が1.0と同等、つまり空気と同等となるので、その界面では反射がなくなり、所謂Vコートの反射防止膜とみなすことができる。 In other words, this is equivalent to combined admittance = composite refractive index is 1.0, that is because the equivalent to the air at the interface there is no reflection, can be regarded as a reflection preventing film of a so-called V coat.
【0041】 [0041]
一方、上記TiO 2膜(n=2.4)の膜の上に、n=1(空気)の間隙部を光学膜厚=λ/4だけ設けた場合には、その合成アドミッタンスは、図6(A),(B)に示したように、Y 2 =0.2638となる。 On the other hand, on the membrane of the TiO 2 film (n = 2.4), in the case of providing n = 1 the gap portion (air) only optical thickness = lambda / 4, the combined admittance is 6 (a), as shown (B), the a Y 2 = 0.2638. 更に、その間隙部上にn=y=1.947の膜が光学膜厚=λ/4だけ存在すると、その合成アドミッタンスは、Y 3 =14.37となり、実軸上の14.37の点となる。 Furthermore, when the film of n = y = 1.947 on the gap portion is present only optical thickness = lambda / 4, the combined admittance is, Y 3 = 14.37, and the 14.37 points on the real axis to become. そのときの反射率は上記(4)式のnをY 3 =14.37として求まり、このとき反射率R=76%となる。 Reflectance at that time Motomari the n of the equation (4) as Y 3 = 14.37, a reflectivity R = 76% at this time. 以上のことから、間隙部(空気層)12の光学膜厚を「0」から「λ/4」まで変化させると、反射率は「0%」から「76%」へと変化することがわかる。 From the above, it is changing the gap portion of the optical thickness of (air layer) 12 from "0" to "lambda / 4", the reflectance is found to be changed to "76%" from the "0%" .
【0042】 [0042]
以上は、ガラスなどの透明材料からなる基板の上に、光の吸収のない透明層(TiO 2 )を形成した場合の説明であり、いずれも複素屈折率N=n−i・k(nは屈折率,kは消衰係数,iは虚数)において、k=0である。 Above, on a substrate made of a transparent material such as glass, a transparent layer having no light absorption is described in the case of forming a (TiO 2), both the complex refractive index N = n-i · k ( n is refractive index, k is an extinction coefficient, i in the imaginary), a k = 0. これに対して、本実施の形態では、基板10および第1の層11のうち少なくとも第1の層11は、不透明な金属材料,酸化金属等の光の吸収のある材料により形成されている。 In contrast, in this embodiment, at least a first layer 11 of the substrate 10 and the first layer 11 is formed of an opaque metal material, a light absorption, such as a metal oxide material. すなわち、第1の層11の複素屈折率N 1においては、k≠0である。 That is, in the complex refractive index N 1 of the first layer 11, a k ≠ 0. 以下、本実施の形態の特徴について説明する。 The following describes features of the present embodiment.
【0043】 [0043]
光学アドミッタンスダイヤグラム上で、n 2の屈折率を持つ第2の層がダイヤグラム上の(1,0)の点(空気アドミッタンス)を通る軌跡を描くと、図7に示したようになる。 On the optical admittance diagram, the second layer having a refractive index of n 2 is a locus passing through the point (air admittance) of the diagram (1,0) becomes as shown in FIG. すなわち、実軸で1とn 2 2を通り、中心が( n 2 2 +1)/ 2の円弧となる。 That is, through the 1 and n 2 2 in the real axis, the center is (n 2 2 +1) / 2 arc. 基板10の材料の光学アドミッタンス(複素屈折率Nと数値的には等しい)がこの円弧の中にある場合、円弧の外側に第1の層11の材料の光学アドミッタンスがあれば、基板10上に第1の層11を成膜してゆくと、基板10と第1の層11との合成光学アドミッタンスは、アドミッタンスダイアグラム上で、基板10の光学アドミッタンスの点(図中N sで示す点)から出発し、緩いカーブを描きながら、膜厚の増加と共に、第1の層11の光学アドミッタンスの点(図中N 1で示す点)へ到達する。 When the optical admittance of the material of the substrate 10 (equal to the complex refractive index N and numerical) is within the arc, if any optical admittance of the material of the first layer 11 on the outside of the arc, on the substrate 10 When slide into forming the first layer 11, synthetic optical admittance of the substrate 10 and the first layer 11, on the admittance diagram, from the point of the optical admittance of the substrate 10 (the point shown in the drawing N s) departed, while drawing a gentle curve, with increasing film thickness, to reach the point of the optical admittance of the first layer 11 (the point shown in the drawing N 1).
【0044】 [0044]
このとき、基板10と第1の層11の光学アドミッタンス(複素屈折率と同じ値)は第2の層13の描く円弧の両側にあるので、その円弧を必ず横切る(A点)。 At this time, since the optical admittance of the substrate 10 a first layer 11 (the same value as the complex refractive index) is on both sides of the arc drawn by the second layer 13, across its arc always (A point). ここで、基板10と第1の層11との合成アドミッタンスがその交点Aに丁度到達するように、第1の層11の膜厚を決める。 Here, as the synthesis of the substrate 10 and the first layer 11 admittance to just reach the intersection A, determines the thickness of the first layer 11. その交点Aからは、第2の層13の軌跡(円弧)に沿って合成アドミッタンスが移動する。 From the intersection A, synthetic admittance moves along the locus of the second layer 13 (arc).
【0045】 [0045]
従って、基板10と第1の層11と第2の層13との合成アドミッタンスが1となるような膜厚で第2の層13を成膜すれば、この光学多層構造体1への入射光の反射は設計波長において0となる。 Therefore, if forming the second layer 13 with a thickness, such as synthesis of the substrate 10 and the first layer 11 and second layer 13 admittance becomes 1, the incident light to the optical multilayer structure 1 reflection becomes zero at the design wavelength of. すなわち、第2の層13の光学特性に依存する円弧の両側に、基板10と第1の層11の光学アドミッタンスがあれば、反射が0となる膜厚の組み合わせが必ず存在することになる。 That is, the arc on both sides depending on the optical properties of the second layer 13, if there is the optical admittance of the substrate 10 a first layer 11, the combination of film thickness reflection becomes zero so that always exists.
【0046】 [0046]
なお、この場合、基板10の光学アドミッタンスは、円弧の内側でも外側でもかまわない。 In this case, the optical admittance of the substrate 10 may be a outside an arc of the inner. このような条件を満足するためには、基板10の複素屈折率をN S (=n S −i・k S )、第1の層11の複素屈折率をN 1 (=n 1 −i・k 1 )、第2の層13の屈折率をn 2 、入射媒質の屈折率を1.0(空気)としたとき、基板10と第1の層11の材料の光学定数の関係が、次式(5)、すなわち、この式を書き換えた前述の式(2)を満たせばよい。 To satisfy such conditions, the complex refractive index of the substrate 10 N S (= n S -i · k S), the complex refractive index of the first layer 11 N 1 (= n 1 -i · k 1), n 2 the refractive index of the second layer 13, when the refractive index of the incident medium is 1.0 (air), the relationship between the optical constants of the material of the substrate 10 a first layer 11, the following equation (5), i.e., it should satisfy equation (2) described above is rewritten this equation.
【0047】 [0047]
【0048】 [0048]
よって、このように構成した光学多層膜の第1の層11と第2の層13との間に、大きさが可変な間隙部13を設けると、その間隔d 3が「0」のときには反射防止膜(図2参照)、d 3が設計波長λに対して光学的にほぼ「λ/4」のときには反射膜となる(図1参照)。 Therefore, when the thus constituted the first layer 11 of the optical multilayer film between the second layer 13, the size is provided a variable gap portion 13, the reflection when the interval d 3 is "0" preventing film (see FIG. 2), d 3 is the reflection film when substantially optically the "lambda / 4" to the design wavelength lambda (see Figure 1). つまり、間隙部13の大きさを「0」と「λ/4」との間で可変とすることで、反射率を0と70%以上とに変えることができる光学スイッチング素子を実現することが可能になる。 That is, by varying the size of the gap portion 13 between "0" and "lambda / 4", it is possible to realize an optical switching element which can change the reflectivity and 0 to 70% or more possible to become.
【0049】 [0049]
このような光学多層構造体1の材料としては、上記のような制約を満足すればよく、その選定の自由度は広い。 As such a material of the optical multilayer structure 1 may be satisfied constraints as described above, degree of freedom in selection is wide. また、その構成も、基板10に間隙部12を含めて3層構造を形成するだけでよいので、製作は容易である。 Further, the configuration also, since it is only necessary to form a three-layer structure including the gap portion 12 on the substrate 10, manufacturing is easy. 以下、具体的な例を挙げて説明する。 Hereinafter, it will be explained with a concrete example.
【0050】 [0050]
〔具体例〕 〔Concrete example〕
図8は、基板10として不透明なカーボン基板(N S =1.90,k=0.75)、第1の層11としてTa層(N 1 =2.46,k=1.90)、間隙部12として空気層(n=1.00)、第2の層13としてSi 34膜とITO(Indium-Tin Oxide) 膜との積層膜(合成屈折率n 2 =2.0,k=0)を用いた場合の入射光の波長(設計波長550nm)と反射率との関係を表すものである。 Figure 8 is an opaque carbon substrate as the substrate 10 (N S = 1.90, k = 0.75), Ta layer as the first layer 11 (N 1 = 2.46, k = 1.90), the gap air layer as part 12 (n = 1.00), Si 3 n 4 film and ITO (Indium-Tin Oxide) stack of a film membrane (composite refractive index n 2 = 2.0 as the second layer 13, k = 0) and it represents the relationship between the wavelength (design wavelength 550 nm) and the reflectance of the incident light in the case of using the. ここで、(a)は間隙部(空気層)の光学膜厚が「0」(低反射側)、(b)は光学膜厚が「λ/4」(137.5nm)(高反射側)の場合の特性をそれぞれ表している。 Here, (a) represents the gap optical thickness is "0" (low reflection side) of the (air layer), (b) an optical film thickness of "lambda / 4" (137.5 nm) (high reflection side) it represents characteristics when respectively. 図9および図10は、このときの光学アドミッタンスダイヤグラムを参考として表すもので、図9は低反射側、図10は高反射側の場合をそれぞれ示している。 9 and 10 represent an optical admittance diagram of this time as a reference, FIG. 9 shows a low reflection side, 10 is the case of highly reflective side.
【0051】 [0051]
図8からも明らかなように、本実施の形態の光学多層構造体1では、間隙部(空気層)12の光学膜厚が「λ/4」の場合には高反射特性、間隙部12の光学膜厚が「0」の場合には低反射特性をそれぞれ示す。 As is clear from FIG. 8, the optical multilayer structure 1 of the present embodiment, when the gap portion is optical thickness of the (air layer) 12 of the "lambda / 4" high reflection characteristics, of the gap 12 If the optical film thickness of "0" respectively a low reflection characteristic. すなわち、間隙部12の光学膜厚が「λ/4」の奇数倍と「λ/4」の偶数倍(0を含む)との間で切り替わると、高反射特性と低反射特性とを交互に示すことになる。 That is, when the optical film thickness of the gap portion 12 is switched between (including 0) odd multiple and an even multiple of "lambda / 4" in the "lambda / 4", and a high reflection characteristic and the low reflection characteristic are alternately It will be shown.
【0052】 [0052]
ところで、第1の層11に消衰係数k 1の大きな金属膜(例えばTa,k 1 =1.90)を用いる場合には、第2の層13の光学膜厚は「λ/4」となるが、第1の層11にk 1の小さな半導体材料(例えばSi,k 1 =0.63)を用いる場合には、第2の層13の光学膜厚は「λ/4」より大きくなる(但し,λ/2より小さい)。 Incidentally, in the case of using the first layer 11 to the extinction coefficient larger metal film of k 1 (e.g. Ta, k 1 = 1.90), the optical thickness of the second layer 13 is a "lambda / 4" becomes, but when using a small semiconductor material k 1 to the first layer 11 (e.g. Si, k 1 = 0.63), the optical thickness of the second layer 13 is greater than the "lambda / 4" (However, λ / 2 less than). その具体例として、例えば、基板10をグラファイト(屈折率n S =1.90,k=0.75)、第1の層11をシリコン(屈折率n 1 =4.40,k=0.63,膜厚13.09nm)、第2の層13をSi 34膜とITO(Indium-Tin Oxide) 膜との積層膜(合成屈折率n 2 =2.0,k=0,膜厚83.21nm)により形成した場合の反射特性(設計波長550nm)を図11に示す。 As specific examples, for example, the substrate 10 of graphite (refractive index n S = 1.90, k = 0.75 ), the first layer 11 silicon (refractive index n 1 = 4.40, k = 0.63 , thickness 13.09Nm), a second layer 13 Si 3 n 4 film and ITO (Indium-Tin Oxide) stack of a film membrane (composite refractive index n 2 = 2.0, k = 0 , thickness 83 reflection characteristics in the case of forming by .21Nm) a (design wavelength 550 nm) shown in FIG. 11. ここでも、(a)は間隙部(空気層)の光学膜厚が「0」(低反射側)、(b)は光学膜厚が「λ/4」(137.5nm)(高反射側)の場合の特性をそれぞれ表している。 Again, (a) shows the gap optical thickness is "0" (low reflection side) of the (air layer), (b) an optical film thickness of "lambda / 4" (137.5 nm) (high reflection side) it represents characteristics when respectively. 図12および図13はそのときの光学アドミッタンスダイヤグラムを表すものである。 12 and 13 illustrates a optical admittance diagram at that time. 図12は低反射側、図13は高反射側の場合をそれぞれ示している。 Figure 12 illustrates the low reflective side, FIG. 13 shows the case of highly reflective side.
【0053】 [0053]
上記2つの例では、基板10として不透明なカーボンやグラファイトを想定している。 The above two examples, it is assumed opaque carbon or graphite as the substrate 10. カーボンやグラファイトの光学アドミッタンス(複素屈折率と同じ値)は、アドミッタンスダイアグラム上で屈折率が2.0の透明膜が(1,0)を通るように描いた円弧の軌跡の内側にあるので、基板10として好適である。 Carbon and graphite optical admittance (equal to the complex refractive index), because inside the arc path in which the refractive index is depicted as transparent films of 2.0 passes (1,0) on the admittance diagram, it is suitable as the substrate 10. 多くの金属材料の光学アドミッタンスはその円の外側に配置されるからである。 The optical admittance of many metal materials is because is located outside of the circle.
【0054】 [0054]
参考のために、図14に各材料の光学アドミッタンスをプロットしたアドミッタンスダイアグラムを示す。 For reference, the admittance diagram obtained by plotting the optical admittance of the material in Figure 14. 図14には、同時に、n=2およびTiO 2 (n=2.4)が空気のアドミッタンス(1,0)を通る軌跡も示した。 14 simultaneously, n = 2 and TiO 2 (n = 2.4) is also shown trajectory through the admittance (1,0) of air. この円弧の中の材料を基板10、円弧の外にある材料を第1の層11、円弧上の材料を第2の層13とすれば、反射率が低い(ほぼ0)の膜厚の組み合わせが必ずある。 Material substrate 10 in the arc, the material outside the arc first layer 11, if the material on the arc with the second layer 13, the combination of the film thickness of the low reflectance (almost zero) there is always a. 例えば、基板10をカーボン(図中のC)、第1の層11をn=2の円弧の外側の材料(図中の殆ど全ての材料)、第2の層13をn=2の材料(Si 34 ,I TO,ZnOなど)により形成すれば、良好な特性の光学スイッチング素子を実現することができる。 Such as, for example, (C in the figure) of the substrate 10 carbon outer material of the first layer 11 n = 2 arc (almost all of the material in the drawing), a second layer 13 n = 2 material ( Si 3 N 4, I tO, be formed by ZnO, etc.), it is possible to realize an optical switching element having excellent characteristics.
【0055】 [0055]
また、第2の層13としてTiO 2を用いた場合には、基板10をシリコン(Si),カーボン(C),タンタル(Ta),ゲルマニウム(Ge)フィルム,グラファイト,ガラスなどから選び、第1の層11は図中のそれ以外の金属などから選べば、良好な特性の光学スイッチング素子を実現することができる。 In the case of using TiO 2 as the second layer 13, select the substrate 10 silicon (Si), carbon (C), tantalum (Ta), germanium (Ge) film, graphite, glass and the like, first layer 11 be selected from such other metals in the figure, it is possible to realize an optical switching element having excellent characteristics.
【0056】 [0056]
なお、図14には、代表的な金属材料、半導体などをプロットしたが、他の材料でもこの図にプロットし、円弧の中か外かに注目すると、良い組み合わせの材料を容易に選ぶことができる。 Incidentally, in FIG. 14, representative metal materials, has been plotted and the semiconductor, also plotted in this figure with other materials, focusing on the inside or outside of the arc, to choose easily a good combination material it can.
【0057】 [0057]
ところで、上述のような第2の層13の円弧の内と外に基板10と第1の層11の光学特性があることは、良好な特性の光学構造を実現するための十分条件ではあるが、必要条件ではない。 However, that there is a circular arc of the inner and the substrate 10 to the outside of the second layer 13 as described above the optical properties of the first layer 11, although a sufficient condition for realizing the optical structure with excellent characteristics , not a requirement. なぜならば、光の吸収のある(すなわち、k≠0)膜をある基板10に成膜するときの合成光学アドミッタンスの軌跡は、基板10のアドミッタンスから直線的に成膜する材料の光学アドミッタンスへと向かうのではなく、大きく弯曲しながら、成膜材料の光学アドミッタンスへと向かう。 Because of absorption of light (i.e., k ≠ 0) is the locus synthesis optical admittance at the time of film formation to a substrate 10 a film, and the optical admittance of the material to be linearly deposited from the admittance of the substrate 10 instead of going, while increasing curvature, toward the optical admittance of a film forming material. そのために、湾曲度が大きいと、先の第2の層13の円弧の内側に第1の層11の光学アドミッタンスがあっても、合成光学アドミッタンスが第2の層13の円弧を横切ることがある。 Therefore, when the curvature is large, even if the optical admittance of the first layer 11 to the inside of the arc of the second layer 13 ahead of the synthetic optical admittance may cross the arc of the second layer 13 .
【0058】 [0058]
図15はその例を表すものであり、カーボン(C)からなる基板10の上に第1の層11としてグラファイトを成膜していくと、弯曲してn=2の円弧を2回横切る。 Figure 15 is intended to represent the example, the gradually forming a graphite as the first layer 11 on the substrate 10 made of carbon (C), it crosses twice arc n = 2 and curved. このどちらかの点で、n=2の膜(例えばSi 34 ,ITO,ZnOなど)に乗り換えるような膜厚の設定とすれば、特性の良い光学多層構造体1を実現することができる。 In terms of this one, n = 2 of the film (e.g., Si 3 N 4, ITO, ZnO, etc.) if setting of the film thickness as switch to, it is possible to realize a optical multilayer structure 1 characteristics .
【0059】 [0059]
このように本実施の形態では、例えば550nmなどの可視光領域においても、低反射時の反射率を殆ど0、高反射時の反射率を70%以上とすることができるので、高コントラストな変調を行うことが可能である。 In this manner, in the present embodiment, even in the visible light region, such as 550 nm, almost the reflectance at the low reflection 0, since the reflectance at the time of high reflection can be 70% or more, high-contrast modulation it is possible to perform. しかも、構成が簡単であるので、GLVなどの回折格子構造やDMDなどの複雑な3次元構造よりも容易に作製することができる。 Moreover, since the structure is simple, it can be manufactured more easily than complex three-dimensional structure such as a diffraction grating structure or a DMD, such as GLV. また、GLVは1つのピクセルに6本の格子状のリボンが必要であるが、本実施の形態では1本で済むので、構成が簡単であり、かつ小さく作製することが可能である。 Further, GLV is it is necessary six grid ribbon to one pixel, so requires only one in the present embodiment, it is possible that the configuration is simple, and making small. また、可動部分の移動範囲も高々「λ/2」であるため、10nsレベルの高速応答が可能になる。 Further, since the moving range of the movable portion also is at most "lambda / 2" enables high-speed response of 10ns level. よって、ディスプレイ用途のライトバルブとして用いる場合には、後述のように1次元アレイの簡単な構成で実現することができる。 Therefore, when used as a light valve display applications, it can be realized with a simple configuration of a one-dimensional array as described below.
【0060】 [0060]
更に、本実施の形態の光学多層構造体1は、間隙部を金属薄膜や反射層で挟んだ構造の狭帯域透過フィルタ、すなわちファブリーペロータイプのものとは本質的に異なるものであるため、低反射帯の帯域幅を広くすることができる。 Furthermore, the optical multilayer structure 1 of the present embodiment, the gap for narrow band pass filter sandwiched by a metal thin film or the reflective layer, namely that of the Fabry-Perot type which are essentially different, low it is possible to widen the bandwidth of the reflection band. よって、製作時の膜厚管理のマージンを比較的広くとることが可能であり、設計の自由度が増す。 Therefore, it is possible to take a relatively wide margin for fabrication when the film thickness control, the degree of freedom in design is increased.
【0061】 [0061]
また、本実施の形態では、基板10および第1の層11の屈折率はある範囲の任意の値であれば良いため、材料の選択の自由度が広くなる。 Further, in the present embodiment, since may be any value of a refractive index range of the substrate 10 and the first layer 11, the degree of freedom of material selection is widened. また、基板10を不透明な材料により構成した場合には、低反射時において入射光は基板10に吸収されるので、迷光などが発生する心配はなくなる。 Further, in case where the substrate 10 by an opaque material, the incident light at the time of low reflection is absorbed in the substrate 10, not to worry about such stray light is generated.
【0062】 [0062]
以上のように、本実施の形態の光学多層構造体1を用いることにより、高速で小型の光スイッチング素子および画像表示装置を実現することができる。 As described above, by using the optical multilayer structure 1 of the present embodiment, it is possible to realize a small optical switching device and image display device at a high speed. これらの詳細については後述する。 These will be described in detail later.
【0063】 [0063]
なお、上記実施の形態では、光学多層構造体1の間隙部を一層としたが、複数層、例えば図16に示したように2層設けるようにしてもよい。 In the above embodiment, although the gap portion of the optical multilayer structure 1 further and may be provided two layers as shown in a plurality of layers, for example, FIG. 16. これは、基板10上に、第1の層11、第1の間隙部12、第2の層13、第2の間隙部30、第3の透明層31をこの順に形成し、第2の層13および第3の透明層31をそれぞれ例えば窒化シリコンからなる支持体15,32により支持する構成としたものである。 This, on the substrate 10, the first layer 11, first gap portion 12, the second layer 13 to form the second gap portion 30, the third transparent layer 31 in this order, a second layer 13 and the third transparent layer 31 is obtained by a structure for supporting the respective example the support 15 and 32 made of silicon nitride.
【0064】 [0064]
この光学多層構造体では、中間の第2の層13が上下に変位し、第1の間隙部12と第2の間隙部30の一方の間隙が狭くなった分、他方の間隙部が広まることにより反射特性が変化する。 In this optical multilayer structure, displaced second layer 13 of the intermediate is vertically, one minute the gap is narrowed in the first gap portion 12 and the second gap portion 30, the other gap portion is spread reflection characteristics by changes.
【0065】 [0065]
〔駆動方法〕 [Driving method]
次に、上記光学多層構造体1における間隙部12の大きさを変化させるための具体的な手段について説明する。 Next, a specific means for varying the size of the gap portion 12 in the optical multilayer structure 1.
【0066】 [0066]
図17は、静電気により光学多層構造体を駆動する例を示している。 Figure 17 shows an example of driving an optical multilayer structure by static electricity. この光学多層構造体は、透明基板10の上の第1の層11の両側にそれぞれ例えばアルミニウムからなる電極16a,16aを設けると共に、第2の層13を例えば窒化シリコン(Si 34 )からなる支持体15により支持し、この支持体15の電極16a,16aに対向する位置に電極16b,16bを形成したものである。 The optical multilayer structure, the first respectively, for example made of aluminum electrodes 16a on both sides of the layer 11 on the transparent substrate 10, is provided with the 16a, the second layer 13, for example silicon nitride (Si 3 N 4) becomes supported by the support 15, the electrode 16a of the support 15, positioned on the electrode 16b facing the 16a, is obtained by forming a 16b.
【0067】 [0067]
この光学多層構造体では、電極16a,16aおよび電極16b,16bへの電圧印加による電位差で生じた静電引力によって、間隙部12の光学膜厚を、例えば「λ/4」と、「0」との間、あるいは「λ/4」と「λ/2」との間で2値的に切り替える。 In this optical multilayer structure, electrodes 16a, 16a and the electrode 16b, by electrostatic attraction generated by a potential difference due to the voltage applied to 16b, and the optical film thickness of the gap portion 12, for example, "lambda / 4", "0" binary switches between the "lambda / 2" between, or the "lambda / 4" with. 勿論、電極16a,16a、電極16b,16bへの電圧印加を連続的に変化させることにより、間隙部12の大きさをある値の範囲で連続的に変化させ、入射した光の反射、若しくは透過あるいは吸収等の量を連続的(アナログ的)に変化させるようにすることもできる。 Of course, the electrodes 16a, 16a, electrodes 16b, by continuously changing the voltage applied to 16b, is continuously changed in a range of sizes a certain value of the gap portion 12, the reflection of the incident light, or transmitted or the amount of absorption and the like can also continuously be adapted to vary the (analog).
【0068】 [0068]
光学多層構造体を静電気で駆動するものとしては、その他、図18および図19に示した方法によってもよい。 The optical multilayer structure as driven by static electricity, etc., may be the method shown in FIGS. 18 and 19. 図18に示した光学多層構造体1は、透明基板10の上の第1の層11上に例えばITO(Indium-Tin Oxide) からなる透明導電膜17aを設けると共に、例えばSiO 2からなる第2の層13を架橋構造に形成し、この第2の層13の外面に同じくITOからなる透明導電膜17bを設けたものである。 Optical multilayer structure shown in FIG. 18. 1, the first layer 11 on, for example, providing a transparent conductive film 17a made of ITO (Indium-Tin Oxide) on a transparent substrate 10, for example, the second consisting of SiO 2 the layer 13 is formed in the cross-linked structure, it is provided with a transparent conductive film 17b made of same ITO on the outer surface of the second layer 13.
【0069】 [0069]
この光学多層構造体では、透明導電膜17a,17b間への電圧印加による電位差で生じた静電引力によって、間隙部12の光学膜厚を切り替えることができる。 In this optical multilayer structure, the transparent conductive film 17a, by electrostatic attraction generated by a potential difference due to the voltage application between 17b, it is possible to switch the optical film thickness of the gap portion 12.
【0070】 [0070]
図19に示した光学多層構造体では、図18の光学多層構造体の透明導電膜17aの代わりに、導電性のある第1の層11として例えばタンタル(Ta)膜を配したものである。 The optical multilayer structure shown in FIG. 19, in which arranged instead, as the first layer 11 having conductivity, for example, tantalum (Ta) film of the transparent conductive film 17a of the optical multilayer structure of FIG. 18.
【0071】 [0071]
光学多層構造体の駆動は、このような静電気の他、トグル機構や圧電素子などのマイクロマシンを用いる方法、磁力を用いる方法や、形状記憶合金を用いる方法など、種々考えられる。 Driving the optical multilayer structure, in addition to such static electricity, a method using a micromachine such as a toggle mechanism or piezoelectric element, a method using a magnetic force, a method using a shape memory alloy, are various. 図20(A),(B)は磁力を用いて駆動する態様を示したものである。 Figure 20 (A), (B) shows a manner of driving by using a magnetic force. この光学多層構造体では、第2の層13の上に開孔部を有するコバルト(Co)などの磁性材料からなる磁性層40を設けると共に基板10の下部に電磁コイル41を設けたものであり、この電磁コイル41のオン・オフの切り替えにより、間隙部12の間隔を例えば「λ/4」(図20(A))と「0」(図20(B))との間で切り替え、これにより反射率を変化させることができる。 In this optical multilayer structure, which is provided an electromagnetic coil 41 on the lower substrate 10 provided with the magnetic layer 40 made of a magnetic material such as cobalt (Co) having an opening on the second layer 13 , by switching on and off of the electromagnetic coil 41, the switching between the interval of the gap portion 12, for example, "lambda / 4" (FIG. 20 (a)) to "0" (FIG. 20 (B)), which it is possible to change the reflectance by.
【0072】 [0072]
〔光スイッチング装置〕 [Optical switching device]
図21は、上記光学多層構造体1を用いた光スイッチング装置100の構成を表すものである。 Figure 21 shows the configuration of an optical switching device 100 using the optical multilayer structure 1. 光スイッチング装置100は、例えばカーボンからなる基板101上に複数(図では4個)の光スイッチング素子100A〜100Dを一次元アレイ状に配設したものである。 Optical switching device 100, for example (in FIG. 4) a plurality on the substrate 101 on which a carbon in which is disposed a one-dimensional array of optical switching element 100A~100D of. なお、1次元に限らず、2次元に配列した構成としてもよい。 The present invention is not limited to the one-dimensional, may be configured to arranged two-dimensionally. この光スイッチング装置100では、基板101の表面の一方向(素子配列方向)に沿って例えばTa膜102が形成されている。 In the optical switching device 100, for example, Ta films 102 along one direction of the surface of the substrate 101 (the element array direction) are formed. このTa膜102が上記実施の形態の第1の層11に対応している。 The Ta film 102 corresponds to the first layer 11 of the above-described embodiment.
【0073】 [0073]
基板101上には、Ta膜102に対して直交する方向に、複数本のSi 34膜105が配設されている。 On the substrate 101, in a direction orthogonal to the Ta film 102, a plurality of the Si 3 N 4 film 105 is disposed. Si 34膜105の外側には透明導電膜としてのITO膜106が形成されている。 The Si 3 N 4 film ITO film 106 as a transparent conductive film on the outside of 105 is formed. これらITO膜106およびSi 34膜105が上記実施の形態の第2の層13に対応するもので、Ta膜102を跨ぐ位置において架橋構造となっている。 But these ITO films 106 and the Si 3 N 4 film 105 corresponds to the second layer 13 of the above-described embodiment, and has a crosslinked structure in a position straddling the Ta film 102. Ta膜102とITO膜106との間には、スイッチング動作(オン・オフ)に応じてその大きさが変化する間隙部104が設けられている。 Between the Ta film 102 and the ITO film 106, a gap portion 104 whose size varies according to the switching operation (on and off) it is provided. 間隙部104の光学膜厚は、入射光の波長(λ=550nm)に対しては、例えば「λ/4」(137.5nm)と「0」との間で変化するようになっている。 Optical film thickness of the gap portion 104 with respect to the wavelength of the incident light (lambda = 550 nm), is adapted to change, for example, between "lambda / 4" and (137.5 nm) as "0".
【0074】 [0074]
光スイッチング素子100A〜100Dは、Ta膜102およびITO膜106への電圧印加による電位差で生じた静電引力によって、間隙部104の光学膜厚を、例えば「λ/4」と「0」との間で切り替える。 Optical switching element 100A~100D is by electrostatic attraction generated by a potential difference due to the voltage applied to the Ta film 102 and the ITO film 106, an optical film thickness of the gap portion 104, for example, "lambda / 4" with "0" switch between. 図21では、光スイッチング素子100A,100Cが間隙部104が「0」の状態(すなわち、低反射状態)、光スイッチング素子100B,100Dが間隙部104が「λ/4」の状態(すなわち、高反射状態)を示している。 In Figure 21, the optical switching elements 100A, 100C gap portion 104 is "0" state (i.e., low reflection state), the optical switching elements 100B, 100D gap portion 104 is "lambda / 4" state (i.e., high It shows a reflection state). なお、Ta膜102およびITO膜106と、電圧印加装置(図示せず)とにより、本発明の「駆動手段」が構成されている。 Note that the Ta film 102 and the ITO film 106 by a voltage application device (not shown), the "driver" is constituted of the present invention.
【0075】 [0075]
この光スイッチング装置100では、Ta膜102を接地して電位を0Vとし、第2の層側に形成されたITO膜106に例えば+12Vの電圧を印加すると、その電位差によりTa膜102とITO膜106との間に静電引力が発生し、図21では光スイッチング素子100A,100Cのように第1の層と第2の層とが密着し、間隙部104が「0」の状態となる。 In the optical switching device 100, and 0V potential by grounding the Ta film 102, when a voltage is applied in the second example, an ITO film 106 formed on the layer side + 12V, the Ta film 102 and the ITO film 106 by the potential difference electrostatic attraction is generated between the FIG. 21 the optical switching devices 100A, a first layer and a second layer in close contact as 100C, the gap portion 104 is in a state of "0". この状態では、入射光P 1は上記多層構造体を透過し、更に基板21に吸収される。 In this state, the incident light P 1 is transmitted through the multilayer structure, it is absorbed further into the substrate 21.
【0076】 [0076]
次に、第2の層側の透明導電膜106を接地させ電位を0Vにすると、Ta膜102とITO膜106との間の静電引力がなくなり、図21では光スイッチング素子100B,100Dのように第1の層と第2の層との間が離間して、間隙部12が「λ/4」の状態となる。 Then, when the potential is ground a second layer side of the transparent conductive film 106 to 0V, and eliminates electrostatic attraction between the Ta film 102 and the ITO film 106, FIG. 21 in the optical switching devices 100B, as 100D between the first and second layers are separated, the gap portion 12 is in a state of "lambda / 4" to. この状態では、入射光P 1は反射され、反射光P 3となる。 In this state, the incident light P 1 is reflected, the reflected light P 3.
【0077】 [0077]
このようにして、本実施の形態では、光スイッチング素子100A〜100D各々において、入射光P 1を静電力により間隙部を2値に切り替えることによって、反射光がない状態と反射光P 3が発生する状態の2値に切り替えて取り出すことができる。 In this manner, in the present embodiment, in the optical switching element 100A~100D each by switching the gap in binary by an electrostatic force incident light P 1, the reflected light P 3 with the situation that there is reflected light generator it can be taken by switching the binary states. 勿論、前述のように間隙部の大きさを連続的に変化させることにより、入射光P 1を反射がない状態から反射光P 3が発生する状態に連続的に切り替えることも可能である。 Of course, by continuously changing the size of the gap portion as described above, it is also possible to switch continuously incident light P 1 from the absence reflecting in a state where the reflected light P 3 is generated.
【0078】 [0078]
これら光スイッチング素子100A〜100Dでは、可動部分の動かなくてはならない距離が、大きくても入射光の「λ/2(あるいはλ/4)」程度であるため、応答速度が10ns程度に十分高速である。 In these optical switching devices 100A to 100D, the distance that must be moved with the movable part, large for a "lambda / 2 (or lambda / 4)" around the incident light is also, the response speed is fast enough about 10ns it is. よって、一次元アレイ構造で表示用のライトバルブを実現することができる。 Therefore, it is possible to realize a light valve for displaying a one-dimensional array structure.
【0079】 [0079]
加えて、本実施の形態では、1ピクセルに複数の光スイッチング素子を割り当てれば、それぞれ独立に駆動可能であるため、画像表示装置として画像表示の階調表示を行う場合に、時分割による方法だけではなく、面積による階調表示も可能である。 In addition, in this embodiment, by assigning a plurality of optical switching element in one pixel, because it can be driven independently, the method in the case of performing the gradation display of an image displayed as an image display device, according to time division not only, gradation display by area are possible.
【0080】 [0080]
〔画像表示装置〕 [Image Display Device]
図22は、上記光スイッチング装置100を用いた画像表示装置の一例として、プロジェクションディスプレイの構成を表すものである。 Figure 22 shows, as an example of an image display device using the optical switching device 100 is representative of the structure of the projection display. ここでは、光スイッチング素子100A〜100Dからの反射光P 3を画像表示に使用する例について説明する。 Here, an example of using reflection light P 3 from the optical switching element 100A~100D the image display.
【0081】 [0081]
このプロジェクションディスプレイは、赤(R),緑(G),青(B)各色のレーザからなる光源200a,200b,200cと、各光源に対応して設けられた光スイッチング素子アレイ201a,201b,201c、ダイクロイックミラー202a,202b,202c、プロジェクションレンズ203、1軸スキャナとしてのガルバノミラー204および投射スクリーン205を備えている。 This projection display is, red (R), green (G), and blue (B) light source 200a consisting of a laser of each color, 200b, 200c and optical switching element array 201a provided corresponding to each light source, 201b, 201c includes dichroic mirrors 202a, 202b, 202c, a galvanometer mirror 204 and a projection screen 205 as a projection lens 203,1 axis scanner. なお、3原色は、赤緑青の他、シアン,マゼンダ,イエローとしてもよい。 The three primary colors, other red, green and blue, cyan, magenta, may be yellow. スイッチング素子アレイ201a,201b,201cはそれぞれ、上記スイッチング素子を紙面に対して垂直な方向に複数、必要画素数分、例えば1000個を1次元に配列したものであり、これによりライトバルブを構成している。 Switching element array 201a, 201b, 201c are those respectively, arranged more in a direction perpendicular to the switching element to the paper, necessary number of pixels, for example, 1000 pieces of one-dimensional, thereby constituting a light valve ing.
【0082】 [0082]
このプロジェクションディスプレイでは、RGB各色の光源200a,200b,200cから出た光は、それぞれ光スイッチング素子アレイ201a,201b,201cに入射される。 In this projection display, light emitted RGB color light sources 200a, 200b, from 200c are each an optical switching element array 201a, 201b, and is incident on 201c. なお、この入射角は偏光の影響がでないように、なるべく0に近くし、垂直に入射させるようにすることが好ましい。 In addition, as the angle of incidence does not affect the polarization, possible to close to zero, it is preferable to be incident perpendicularly. 各光スイッチング素子からの反射光P 3は、ダイクロイックミラー202a,202b,202cによりプロジェクションレンズ203に集光される。 Reflected light P 3 from the optical switching element, a dichroic mirror 202a, 202b, it is focused on the projection lens 203 by 202c. プロジェクションレンズ203で集光された光は、ガルバノミラー204によりスキャンされ、投射スクリーン205上に2次元の画像として投影される。 The light condensed by the projection lens 203 is scanned by the galvanometer mirror 204 and is projected as a two-dimensional image on the projection screen 205.
【0083】 [0083]
このように、このプロジェクションディスプレイでは、複数個の光スイッチング素子を1次元に配列し、RGBの光をそれぞれ照射し、スイッチング後の光を1軸スキャナにより走査することによって、2次元画像を表示することができる。 Thus, in this projection display, by arranging a plurality of optical switching devices one-dimensionally, RGB of the light irradiation, respectively, the light after switching by scanning by the uniaxial scanner, displaying the two-dimensional image be able to.
【0084】 [0084]
また、本実施の形態では、低反射時の反射率を0.1%以下、高反射時の反射率を70%以上とすることができるので、1,000対1程度の高コントラストの表示を行うことができると共に、素子に対して光が垂直に入射する位置で特性を出すことができるので、光学系を組み立てる際に、偏光等を考慮にする必要がなく、構成が簡単である。 Further, in this embodiment, 0.1% reflectance at the low reflection below, since the reflectance at the time of high reflection can be 70% or more, the display of the 1000-to-1 as high-contrast it is possible to carry out, because the light can issue characteristics at a position where incident perpendicular to the element, in assembling the optical system, it is not necessary to consider the polarized light or the like, the configuration is simple.
【0085】 [0085]
以上実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および変形例に限定されるものではなく、種々変形可能である。 The present invention has been described by way of embodiments above, this invention is not limited to the embodiments and modifications of the above embodiment, and various modifications are possible. 例えば、上記実施の形態では、光源としてレーザを用いて一次元アレイ状のライトバルブを走査する構成のディスプレイについて説明したが、図23に示したように、二次元状に配列された光スイッチング装置206に白色光源207からの光を照射して投射スクリーン208に画像の表示を行う構成とすることもできる。 For example, in the above embodiment has been described for the display scanning the one-dimensional array of light valves using a laser as a light source, as shown in FIG. 23, the optical switching device arranged in a two-dimensional shape 206 is irradiated with light from the white light source 207 may be configured for displaying an image on the projection screen 208.
【0086】 [0086]
また、上記実施の形態では、基板としてガラス基板を用いる例について説明したが、図24に示したように、例えば厚さ2mm以内の柔軟性を有する(フレキシブルな)基板209を用いたペーパ−状のディスプレイとし、直視により画像を見ることができるようにしてもよい。 In the above embodiment, an example has been described in which a glass substrate is used as substrate, as shown in FIG. 24, (flexible) having flexibility within a thickness of 2mm paper using a substrate 209 - like a display, may be able to see the image by direct.
【0087】 [0087]
更に、上記実施の形態では、本発明の光学多層構造体をディスプレイに用いた例について説明したが、例えば光プリンタに用いて感光性ドラムへの画像の描きこみをする等、ディスプレイ以外の光プリンタなどの各種デバイスにも適用することも可能である。 Further, in the above embodiments, the optical multilayer structure of the present invention has been described an example of using the display, for example, equal to a crowded drawing an image on a photosensitive drum using the optical printer, an optical printer other than the display it is also possible to apply to various devices such as.
【0088】 [0088]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
以上説明したように本発明の光学多層構造体および光スイッチング素子によれば、基板上に、光の吸収のある第1の層、光の干渉現象を起こし得る大きさを有すると共にその大きさが可変な間隙部、および第2の層を配設した構造を有するようにしたので、間隙部の大きさを変化させることにより、入射した光の反射、透過若しくは吸収の量を変化させることができ、簡単な構成で、特に可視光領域においても、高速応答が可能になる。 According to the optical multilayer structure and optical switching element of the present invention as described above, on a substrate, a first layer with a light absorption, its size and has a size capable of causing an optical interference phenomenon variable gap, and since the second layer to have a structure arranged, by changing the size of the gap portion, it is possible to change the amount of reflection, transmission or absorption of incident light a simple structure, even in particularly visible areas, enabling high-speed response. また、間隙部をなくして基板上に第1の層および第2の層をこの順で接する構造とすることにより、反射防止膜として利用することができる。 Further, the first and second layers on a substrate by eliminating the gap by a structure which is in contact in this order, can be used as an antireflection film.
【0089】 [0089]
また、本発明の画像表示装置によれば、本発明の光スイッチング素子を1次元に配列し、この1次元アレイ構造の光スイッチング装置を用いて画像表示を行うようにしたので、高コントラストの表示を行うことができると共に、素子に対して光が垂直に入射する位置で特性を出すことができるので、光学系を組み立てる場合に、偏光等を考慮にする必要がなく、構成が簡単となる。 According to the image display apparatus of the present invention, by arranging a light switching element of the present invention one-dimensionally. Thus an image is displayed on the optical switching device of this one-dimensional array structure, high-contrast display it is possible to perform, since the light can issue characteristics at a position where incident perpendicular to the element, when assembling the optical system, it is not necessary to consider the polarized light or the like, construction can be simplified.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明の一実施の形態に係る光学多層構造体の間隙部が「λ/4」のときの構成を表す断面図である。 [1] the gap portion of the optical multilayer structure according to an embodiment of the present invention is a cross-sectional view showing the configuration when the "lambda / 4".
【図2】図1に示した光学多層構造体の間隙部が「0」のときの構成を表す断面図である。 [2] the gap portion of the optical multilayer structure shown in FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration when a "0".
【図3】 図1に示した光学多層構造体の製造工程を説明するための断面図である。 3 is a sectional view for explaining the manufacturing process of the optical multilayer structure shown in FIG.
【図4】図3の工程に続く工程を説明するための平面図である。 4 is a plan view for illustrating a step that follows the step of FIG.
【図5】透明な基板と透明な膜を用いた光学多層構造体の間隙部が「0」の場合の特性を説明するための図である。 5 is a diagram for the gap portion of the optical multilayer structure using a transparent substrate and a transparent film is described the characteristics of the case of "0".
【図6】透明な基板と透明な膜を用いた光学多層構造体の間隙部が「λ/4」の場合の特性を説明するための図である。 6 is a diagram for the gap portion of the optical multilayer structure using a transparent substrate and a transparent film is described a characteristic when "lambda / 4".
【図7】基板および第1の層が金属により形成された場合のアドミッタンスダイアグラムである。 7 is a admittance diagram in the case where the substrate and the first layer is formed by metal.
【図8】図1に示した光学多層構造体の一具体例の反射特性を表す図である。 8 is a diagram showing the reflection characteristics of a concrete example of the optical multilayer structure shown in FIG.
【図9】図8の例の低反射時の光学アドミッタンスを説明するための図である。 9 is a diagram for explaining optical admittance at the time of low reflection in the example of FIG. 8.
【図10】図8の例の高反射時の光学アドミッタンスを説明するための図である。 10 is a diagram for explaining optical admittance at the time of high reflection in the example of FIG. 8.
【図11】図1の光学多層構造体の他の具体例の反射特性を表す図である。 11 is a diagram showing the reflection characteristics of another concrete example of the optical multilayer structure of FIG.
【図12】図11の例の低反射時の光学アドミッタンスを説明するための図である。 12 is a diagram for explaining optical admittance at the time of low reflection in the example of FIG. 11.
【図13】図11の例の高反射時の光学アドミッタンスを説明するための図である。 13 is a diagram for explaining optical admittance at the time of high reflection in the example of FIG. 11.
【図14】各材料の光学アドミッタンスをプロットしたアドミッタンスダイアグラムである。 14 is a admittance diagram obtained by plotting optical admittance of each material.
【図15】基板と第1の層の光学アドミッタンスが第2の層の内側にあっても反射を0とすることができる例を説明するための図である。 [15] substrate and the optical admittance of the first layer is a diagram for explaining an example which can be 0 reflections even inside the second layer.
【図16】第1の実施の形態の更に他の変形例を説明するための断面図である。 16 is a sectional view for explaining still another modification of the first embodiment.
【図17】光学多層構造体の静電気による駆動方法を説明するための断面図である。 17 is a sectional view for explaining a driving method by static electricity of the optical multilayer structure.
【図18】光学多層構造体の静電気による他の駆動方法を説明するための断面図である。 18 is a sectional view for explaining another driving method by static electricity of the optical multilayer structure.
【図19】光学多層構造体の静電気による更に他の駆動方法を説明するための断面図である。 19 is a sectional view for explaining another driving method by static electricity of the optical multilayer structure.
【図20】光学多層構造体の磁気による駆動方法を説明するための断面図である。 20 is a cross-sectional view for explaining a driving method by the magnetic optical multilayer structure.
【図21】光スイッチング装置の一例の構成を表す図である。 21 is a diagram illustrating an example of a configuration of an optical switching device.
【図22】ディスプレイの一例の構成を表す図である。 22 is a diagram showing an example of a configuration of a display.
【図23】ディスプレイの他の例を表す図である。 23 is a diagram illustrating another example of the display.
【図24】ペーパー状ディスプレイの構成図である。 FIG. 24 is a block diagram of a paper-like display.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
1,2…光学多層構造体、10…基板、11…第1の層、12…間隙部、13…第2の層、100─光スイッチング装置 1,2 ... optical multilayer structure, 10 ... substrate, 11 ... first layer, 12 ... gap, 13 ... second layer, 100─ optical switching device

Claims (20)

  1. 基板上に、光の吸収のある第1の層、光の干渉現象を起こし得る大きさを有すると共にその光学的な大きさがλ/4の奇数倍とλ/4の偶数倍(0を含む)との間で、2値的あるいは連続的に変化可能な間隙部、および第2の層をこの順に配設した構造を有すると共に、前記間隙部の光学的な大きさを変化させる駆動手段を有し、前記間隙部の大きさを変化させることにより、前記第2の層側から入射した光の反射、透過若しくは吸収の量を変化させる光学多層構造体であって、 Including on a substrate, a first layer having an absorption of light, the even multiples (0 odd multiple and lambda / 4 of the optical magnitude lambda / 4 and has a magnitude capable of causing light interference phenomena ) between, a binary or continuously changeable gap, and a second layer which has a arranged structure in this order, the driving means for changing an optical size of the gap has, by changing the size of the gap portion, an optical multilayer structure to vary the amount of reflection, transmission or absorption of light incident from the second layer side,
    前記基板を、式(1)を満たすN S (=n S −i・k S ,n Sは屈折率,k Sは消衰係数,iは虚数単位)の複素屈折率を有する基板とし、前記第1の層を、式(1)を満たすN 1 (=n 1 −i・k 1 ,n 1は屈折率,k 1は消衰係数)の複素屈折率を有する材料により形成し、前記第2の層を、式(1)を満たすn 2の屈折率を有する材料により形成してなる The substrate, and N S (= n S -i · k S, n S is the refractive index, k S is the extinction coefficient, i is the imaginary unit) satisfying the formula (1) with a substrate having a complex refractive index of the the first layer, formed of a material having a complex index of refraction of the formula (1) satisfies the n 1 (= n 1 -i · k 1, n 1 is the refractive index, k 1 is the extinction coefficient), the first the second layer, made by forming a material having a refractive index of n 2 satisfying the equation (1)
    (但し,入射媒質の屈折率を1.0とする) (However, the refractive index of the incident medium is 1.0)
    光学多層構造体。 Optical multi-layer structure.
  2. 前記第2の層は、透明材料により形成されたものである 請求項1記載の光学多層構造体。 It said second layer is one formed by a transparent material according to claim 1 optical multilayer structure according.
  3. 前記基板は、光の吸収のある基板若しくは光の吸収のある薄膜を成膜した基板である 請求項1記載の光学多層構造体。 The substrate, the optical multilayer structure according to claim 1, wherein the thin film with the absorption of the substrate or the light of absorption of light is a film-formed substrate.
  4. 前記基板は、透明材料若しくは半透明材料により形成されたものである 請求項1記載の光学多層構造体。 The substrate is one made of a transparent material or a translucent material according to claim 1 optical multilayer structure according.
  5. 前記第1の層および第2の層のうちの少なくとも一方の層は、互いに光学的特性の異なる2以上の層により構成された複合層である 請求項1記載の光学多層構造体。 At least one layer, the optical multilayer structure according to claim 1, wherein a composite layer constituted by two or more layers having different optical characteristics from each other of said first and second layers.
  6. 前記第2の層は、窒化珪素膜よりなる 請求項1記載の光学多層構造体。 The second layer, the optical multilayer structure according to claim 1, wherein consisting of silicon nitride film.
  7. 前記第2の層は、窒化珪素膜および透明導電膜よりなる 請求項1記載の光学多層構造体。 The second layer, the optical multilayer structure according to claim 1, wherein consisting silicon film and the transparent conductive film nitride.
  8. 前記第1の層および第2の層のうちの少なくとも一方は、一部に透明導電膜を含み、前記駆動手段は、前記透明導電膜への電圧の印加によって発生した静電力により、前記間隙部の光学的な大きさを変化させるものである 請求項1記載の光学多層構造体。 At least one of the first and second layers are partially comprises a transparent conductive film, wherein the drive means, by an electrostatic force generated by application of a voltage to the transparent conductive film, the gap optical size is intended to vary the claims 1 optical multilayer structure according to.
  9. 前記透明導電膜は、ITO,SnO 2およびZnOのうちのいずれかにより形成されている 請求項8記載の光学多層構造体。 The transparent conductive film, ITO, SnO 2 and the optical multilayer structure according to claim 8, wherein is formed by any one of ZnO.
  10. 前記間隙部は、空気、または透明な気体若しくは液体で満たされている 請求項1記載の光学多層構造体。 The gap portion, the optical multilayer structure according to claim 1, wherein which is filled with air or a transparent gas or liquid.
  11. 前記間隙部は、真空状態である 請求項1記載の光学多層構造体。 The gap portion, the optical multilayer structure according to claim 1, wherein the vacuum state.
  12. 前記光の吸収のある第1の層は、金属,酸化金属,窒化金属,炭化物および半導体のうちのいずれかからなる 請求項1記載の光学多層構造体。 A first layer having an absorption of the light, metal, metal oxide, metal nitride, optical multilayer structure according to claim 1, wherein comprising any one of a carbide and a semiconductor.
  13. 前記光の吸収のある基板若しくは光の吸収のある薄膜は、金属,酸化金属,窒化金属,炭化物および半導体のうちのいずれかからなる 請求項記載の光学多層構造体。 Thin film having absorption of the substrate or the light of absorption of the light, metal, metal oxide, metal nitride, optical multilayer structure according to claim 3, wherein comprising any one of a carbide and a semiconductor.
  14. 前記第2の層の光学的な膜厚が、λ/4(λは入射光の設計波長)以下である 請求項1記載の光学多層構造体。 Optical film thickness, lambda / 4 optical multilayer structure according to claim 1, wherein less (lambda design wavelength of incident light) of the second layer.
  15. 前記第1の層がシリコンにより形成され、かつ、前記第2の層の光学的な膜厚が、λ/2(λは入射光の設計波長)以下である 請求項1記載の光学多層構造体。 Wherein the first layer is formed of silicon, and said second optical film thickness of the layer, lambda / 2 optical multilayer structure according to claim 1, wherein less (lambda design wavelength of incident light) .
  16. 前記基板は、カーボン,グラファイト,炭化物若しくは透明材料により形成され、かつ、前記第2の層の光学的な膜厚が、λ/4(λは入射光の設計波長)以下である 請求項1記載の光学多層構造体。 The substrate, carbon, graphite, is formed by carbide or a transparent material, and the optical thickness of the second layer, lambda / 4 (lambda is the design wavelength of incident light) according to claim 1, wherein at most optical multilayer structure.
  17. 前記基板がカーボン,グラファイト,炭化物若しくは透明材料により形成されると共に、前記第1の層がシリコンにより形成され、かつ、前記第2の層の光学的な膜厚が、λ/2(λは入射光の設計波長)以下である 請求項1記載の光学多層構造体。 The substrate is carbon, graphite, while being formed by carbide or transparent material, the first layer is formed by silicon, and the optical thickness of the second layer, lambda / 2 (lambda is incident optical multilayer structure according to claim 1, wherein the light of the design wavelength) or less.
  18. 前記駆動手段は、磁力を用いて前記間隙部の光学的な大きさを変化させるものである 請求項1記載の光学多層構造体。 It said drive means, optical multilayer structure according to claim 1, wherein in which changing the optical size of the gap portion by using a magnetic force.
  19. 基板上に、光の吸収のある第1の層、光の干渉現象を起こし得る大きさを有すると共にその光学的な大きさがλ/4の奇数倍とλ/4の偶数倍(0を含む)との間で、2値的あるいは連続的に変化可能な間隙部、および第2の層をこの順に配設した構造を有すると共に、前記間隙部の光学的な大きさを変化させる駆動手段を有し、前記間隙部の大きさを変化させることにより、前記第2の層側から入射した光の反射、透過若しくは吸収の量を変化させる光スイッチング素子であって、 Including on a substrate, a first layer having an absorption of light, the even multiples (0 odd multiple and lambda / 4 of the optical magnitude lambda / 4 and has a magnitude capable of causing light interference phenomena ) between, a binary or continuously changeable gap, and a second layer which has a arranged structure in this order, the driving means for changing an optical size of the gap has, by changing the size of the gap portion, the reflection of the second light incident from the layer side, an optical switching element for changing the amount of transmitted or absorbed,
    前記基板を、式(1)を満たすN S (=n S −i・k S ,n Sは屈折率,k Sは消衰係数,iは虚数単位)の複素屈折率を有する基板とし、前記第1の層を、式(1)を満たすN 1 (=n 1 −i・k 1 ,n 1は屈折率,k 1は消衰係数)の複素屈折率を有する材料により形成し、前記第2の層を、式(1)を満たすn 2の屈折率を有する材料により形成してなる The substrate, and N S (= n S -i · k S, n S is the refractive index, k S is the extinction coefficient, i is the imaginary unit) satisfying the formula (1) with a substrate having a complex refractive index of the the first layer, formed of a material having a complex index of refraction of the formula (1) satisfies the n 1 (= n 1 -i · k 1, n 1 is the refractive index, k 1 is the extinction coefficient), the first the second layer, made by forming a material having a refractive index of n 2 satisfying the equation (1)
    (但し,入射媒質の屈折率を1.0とする) (However, the refractive index of the incident medium is 1.0)
    光スイッチング素子。 Optical switching element.
  20. 1次元または2次元に配列された複数の光スイッチング素子に光を照射することで2次元画像を表示する画像表示装置であって、 An image display apparatus for displaying a two-dimensional image by irradiating light to a plurality of optical switching devices arranged one-dimensionally or two-dimensionally,
    前記光スイッチング素子が、 Wherein the optical switching element,
    基板上に、光の吸収のある第1の層、光の干渉現象を起こし得る大きさを有すると共にその光学的な大きさがλ/4の奇数倍とλ/4の偶数倍(0を含む)との間で、2値的あるいは連続的に変化可能な間隙部、および第2の層をこの順に配設した構造を有すると共に、前記間隙部の光学的な大きさを変化させる駆動手段を有し、前記間隙部の大きさを変化させることにより、前記第2の層側から入射した光の反射、透過若しくは吸収の量を変化させる光学多層構造体であって、 Including on a substrate, a first layer having an absorption of light, the even multiples (0 odd multiple and lambda / 4 of the optical magnitude lambda / 4 and has a magnitude capable of causing light interference phenomena ) between, a binary or continuously changeable gap, and a second layer which has a arranged structure in this order, the driving means for changing an optical size of the gap has, by changing the size of the gap portion, an optical multilayer structure to vary the amount of reflection, transmission or absorption of light incident from the second layer side,
    前記基板を、式(1)を満たすN S (=n S −i・k S ,n Sは屈折率,k Sは消衰係数,iは虚数単位)の複素屈折率を有する基板とし、前記第1の層を、式(1)を満たすN 1 (=n 1 −i・k 1 ,n 1は屈折率,k 1は消衰係数)の複素屈折率を有する材料により形成し、前記第2の層を、式(1)を満たすn 2の屈折率を有する材料により形成してなる The substrate, and N S (= n S -i · k S, n S is the refractive index, k S is the extinction coefficient, i is the imaginary unit) satisfying the formula (1) with a substrate having a complex refractive index of the the first layer, formed of a material having a complex index of refraction of the formula (1) satisfies the n 1 (= n 1 -i · k 1, n 1 is the refractive index, k 1 is the extinction coefficient), the first the second layer, made by forming a material having a refractive index of n 2 satisfying the equation (1)
    (但し,入射媒質の屈折率を1.0とする) (However, the refractive index of the incident medium is 1.0)
    画像表示装置。 Image display device.
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