KR20010005526A

KR20010005526A - 광 스위칭 소자 및 화상 표시 장치

Info

Publication number: KR20010005526A
Application number: KR1019997008584A
Authority: KR
Inventors: 다케다다카시; 요네쿠보마사토시; 이토히로카즈; 가미지마순지
Original assignee: 야스카와 히데아키; 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 1998-01-20
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2001-01-15
Also published as: EP0969306A1; DE69830153T2; EP0969306A4; WO1999036824A1; DE69830153D1; KR100604621B1; EP0969306B1; US20020031294A1; US6438282B1; US6381381B1

Abstract

광을 전반사하여 전달 가능한 전반사면을 구비한 도광부와, 전반사면에 대해 추출면을 접근하여 에버네슨트 광을 포착하고, 그것을 반사하여 출사할 수 있는 스위칭부와, 이 광 스위칭부를 구동하는 구동부를 광의 출사 방향에 대해 이 순서로 적층하여, 계층 구조의 광 스위칭 소자를 실현한다. 계층 구조로 함으로써, 각각의 층을 최적화할 수 있고, 특히, 구동부를 추출된 광이 통과하지 않기 때문에 구동부를 최적화하여 고속으로 저소비 전력으로 작동하는 광 스위칭 소자를 제공할 수 있다. 이 때문에, 에버네슨트파를 이용한 광 손실이 적고, 응답 속도가 빠르며, 또한 콘트라스트비가 큰 광 스위칭 소자를 제공할 수 있다.

Description

광 스위칭 소자 및 화상 표시 장치{Optical switching device and image display device}

종래의 광 스위칭 소자는 액정을 사용한 것이 공지되어 있다. 도 43에 그 개략 구성을 도시하는 바와 같이, 종래의 광 스위칭 소자(900)는 편광판(901 및 908), 글래스판(902 및 903), 투명전극(904 및 905), 액정(906 및 907)으로 구성되어, 투명 전극간에 전압을 인가함으로써 액정분자의 방향을 변경하여 편광면을 회전시켜 광 스위칭을 실시하는 것이었다. 그리고, 종래의 화상 표시 장치는 이러한 광 스위칭 소자(액정 셀)를 이차원으로 배열한 액정 패널을 사용하여, 계조 표현은 인가 전압을 조정함으로써 액정 분자가 향하는 방향을 컨트롤하는 것이였다.

그러나, 액정은 고속 응답 특성이 나빠서, 고작 몇 밀리초 정도의 응답 속도로밖에 동작하지 않는다. 이 때문에 고속 응답이 요구되는, 광 통신, 광 연산, 홀로그램 메모리 등의 광기억 장치, 광 프린터 등에 액정을 사용한 광 스위칭 소자를 적용하는 것은 어려웠다. 또한, 액정을 사용한 광 스위칭 소자로서는, 편광판에 의해 광의 이용 효율이 저하되어 버린다고 하는 문제도 있었다.

또한, 화상 표시 장치에 있어서는, 최근 한층 더 고품위인 화상품질이 요구되어 있고, 액정을 사용한 광 스위칭 소자보다 더욱 계조 표현이 정확한 표시를 할 수 있는 광 스위칭 소자가 요구되고 있다.

그래서, 본 발명은 광 손실(LA)이 적고, 고속 응답이 가능한 광 스위칭 소자를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한, 균질한 콘트라스트가 얻어져서, 화질이 좋은 표시가 얻어지는 광 스위칭 소자를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은 광 통신, 광 연산, 광 기억 장치, 광 프린터, 화상 표시 장치 등에 사용되는 광 스위칭 소자(라이트 밸브)에 관한 것으로, 특히 화상 표시 장치에 적합한 광 스위칭 소자 및 화상 표시 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 광 스위칭 소자의 개략 구성을 나타낸 단면도.

도 2는 도 1에 도시된 광 스위칭 소자의 구성을 확대하여 나타낸 단면도.

도 3은 에버네슨트파의 투과율을 전반사면과 추출면과의 거리에 대해 나타낸 그래프.

도 4는 도 1에 나타낸 광 스위칭 소자의 스프링 부재의 구성을 기판의 방향에서 본 모양을 나타낸 도면.

도 5는 도 4에 나타낸 스프링 부재와 다른 예를 나타낸 도면.

도 6은 도 4에 나타낸 스프링 부재와 더욱 다른 예를 나타낸 도면.

도 7은 도 4에 나타낸 스프링 부재와 더욱 다른 예를 나타낸 도면.

도 8은 도 1에 나타낸 화상 표시 장치를 사용한 투사장치의 예를 나타낸 도면.

도 9는 상기와 다른 광 스위칭 소자의 개략 구성을 나타낸 도면.

도 10은 도 1에 나타낸 광 스위칭 소자에서의 탄성력(탄성력)과 정전력과의 관계를 스위칭부의 이동량(변위)에 대해 나타낸 도면.

도 11은 도 1에 나타낸 광 스위칭 소자를 구동 전압을 바이어스 전압에 의해서 구동하는 모양을 나타낸 타이밍 챠트.

도 12는 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 광 스위칭 소자의 구성예를 나타낸 도면.

도 13은 도 12에 나타낸 스위칭 소자의 구동 전력을 도 1에 나타낸 스위칭 소자의 구동 전력과 비교하기 위한 그래프.

도 14는 도 12에 나타낸 광 스위칭 소자에서의 탄성력(탄성력)과 정전력과의 관계를 스위칭부의 이동량(변위)에 대해 나타낸 도면.

도 15는 도 12에 나타낸 광 스위칭 소자를 구동 전압을 바이어스 전압에 의해서 구동하는 모양을 나타낸 타이밍 챠트.

도 16은 본 발명의 제 3 실시 형태에 따른 에버네슨트 광을 사용한 광 스위칭 소자의 개요를 나타낸 도면으로서, a는 스위칭부가 제 1 위치에 있는 온상태를 나타내고, b는 스위칭부가 제 2 위치에 있는 오프상태를 나타내는 도면.

도 17은 도 16에 나타낸 광 스위칭 소자의 스위칭부의 구성을 어드레스 전극의 측에서 나타낸 도면.

도 18은 도 16에 나타낸 광 스위칭 소자에서, 온상태(제 1 위치)로부터 오프상태(제 2 위치)로 이동하는 모양을 순서로 모식적으로 나타낸 단면도.

도 19는 도 16에 나타낸 광 스위칭 소자에서, 어드레스 전극 및 베이스 전극간의 간격을 경과시간과 함께 나타낸 도면.

도 19a는 온으로부터 오프로 이행하는 경과를 나타내고, 도 19b는 오프로부터 온으로 이행하는 경과를 나타내는 도면.

도 20은 제 3 실시 형태에 따른 다른 광 스위칭 소자의 구성예를 나타낸 도면.

도 21은 제 3 실시 형태에 따른 더욱 다른 광 스위칭 소자의 구성예를 나타낸 도면.

도 22는 제 3 실시 형태에 따른 더욱 다른 광 스위칭 소자의 구성예를 나타낸 도면.

도 23은 제 3 실시 형태에 따른 더욱 다른 광 스위칭 소자의 구성예를 나타낸 도면.

도 24는 제 3 실시 형태에 따른 더욱 다른 광 스위칭 소자의 구성예를 나타낸 도면.

도 25는 제 3 실시 형태에 따른 더욱 다른 광 스위칭 소자의 구성예를 나타낸 도면.

도 26은 도 25에 나타낸 광 스위칭 소자의 단면도.

도 27은 도 16에 나타낸 광 스위칭 소자에 있어서, 제 1 방향에 대해 경사진 상태에서 제 2 위치에 정지한 예를 나타낸 도면.

도 28은 도 27에 나타낸 광 스위칭 소자의 더욱 다른 예를 나타낸 도면.

도 29는 도 27에 나타낸 광 스위칭 소자의 더욱 다른 예를 나타낸 도면.

도 30은 본 발명의 제 4 실시 형태에 따른 광 스위칭 소자의 개략 구성을 나타낸 도면으로서, 중심의 위치를 어긋나게 놓는 예를 나타낸 도면.

도 31은 본 발명의 제 5 실시 형태에 따른 광 스위칭 소자의 개략구성을 나타낸 도면으로서, 어드레스 전극의 형상을 비대칭으로 한 예를 나타낸 도면.

도 32는 도 31에 나타낸 제 5 실시 형태에 따른 광 스위칭 소자의 다른 예를 나타낸 도면.

도 33은 도 31에 나타낸 제 5 실시 형태에 따른 광 스위칭 소자의 더욱 다른 예를 나타낸 도면.

도 34는 도 31에 나타낸 제 5 실시 형태에 따른 광 스위칭 소자의 더욱 다른 예를 나타낸 도면.

도 35는 본 발명의 제 6 실시 형태에 따른 전극을 분할한 광 스위칭 소자가 예를 나타낸 도면.

도 36은 도 35에 나타낸 광 스위칭 소자의 동작을 나타낸 도면으로, 제 1 위치 및 제 1 위치로부터 이동 개시후의 상태를 나타낸 도면.

도 37은 도 35에 나타낸 광 스위칭 소자의 동작을 나타낸 도면으로, 이동중 및 제 2 위치에서 정지한 상태를 나타낸 도면.

도 38은 도 35에 나타낸 광 스위칭 소자의 제어동작을 나타낸 타이밍챠트.

도 39는 도 35에 나타낸 제 6 실시 형태에 관계되는 광 스위칭 소자의 다른 예를 나타낸 도면으로, 제 1 위치 및 제 1 위치로부터 이동 개시후의 상태를 나타낸 도면.

도 40은 도 39에 이어서 이동중 및 제 2 위치에 정지한 상태를 나타낸 도면.

도 41은 도 39 및 도 40에 나타낸 광 스위칭 소자의 제어동작을 나타낸 타이밍 챠트.

도 42는 피에조 소자를 사용한 광 스위칭 소자를 나타낸 도면.

도 43은 종래의 액정을 사용한 광 스위칭 소자를 나타낸 도면.

이 때문에, 본 발명에 있어서는, 광을 전반사하여 전달 가능한 도광부에 대해 스위칭부의 투광성의 추출면을 접촉시켜 에버네슨트(evanescent) 광을 추출하며, 스위칭부의 1파장 정도 또는 그 이하의 미소한 동작에 의해, 광을 고속이며 온 오프제어 가능한 광 스위칭 소자를 사용하고, 또한, 스위칭부를 반사형, 도광부, 광 스위칭부 및 이 스위칭부를 구동하는 구동 수단을 광의 조사방향에서 이 순서로 배치하여 계층 구조화하고 있다. 그리고, 출사되는 광량이 크고, 그 출사되는 광 손실(LA)은 적으며, 또한 고속 응답이 가능한 광 스위칭 소자를 실현하고 있다. 즉, 본 발명의 광 스위칭 소자는 광을 전반사하여 전달 가능한 전반사면을 구비한 도광부와, 이 전반사면에서 누출한 에버네슨트 광을 추출 가능한 투광성의 추출면을 구비하여, 추출한 광을 도광부의 방향으로 반사 가능한 스위칭부와, 이 스위칭부를 추출면이 에버네슨트 광을 추출 가능한 추출 거리이하의 제 1 위치, 및 추출거리 이상에 떨어진 제 2 위치에 이동 가능한 구동 수단을 가지며, 도광부, 스위칭부 및 구동 수단이 광의 출사 방향에 대해 이 순서로 배치되어 있다.

본 발명의 광 스위칭 소자는 도광부, 스위칭부 및 그것을 구동하는 구동 수단을 이 순서로 중첩될 수 있으며, 광 스위칭 소자를 도광부, 스위칭부 및 그 구동 수단 각각의 부분의 기능을 구비한 거의 독립한 층구조의 부분을 중첩한 적층 구성즉, 계층 구조로 할 수 있다. 따라서, 각각의 부분을 최적화하는 것이 용이하다. 특히, 본 발명의 광 스위칭 소자는, 스위칭부에 의해 광이 도광부를 향하여 반사되어, 구동 수단은 광이 투과하지 않은 형태로 되어 있다. 따라서, 구동 수단은 광학적인 고려를 기울이지 않고서 최적화하는 것이 가능하다.

이 때문에, 스위칭부를 구동 수단의 측에서 서포트하는 것으로, 도광부를 광 스위칭부의 측에 구조물이 필요없게 되어, 단순한 평면의 패널구조로 할 수 있다. 스위칭부를 지지하는 부분을 설치하지 않으면, 도광부의 전반사측의 모든 면적을 광을 추출하는 면, 즉, 스위칭부가 접촉하는 면으로서 사용할 수 있기 때문에, 광이 출사하는 개구면적이 크고, 개구율이 높은 광량이 큰 광 스위칭 소자를 실현할 수 있다. 또한, 패널 구조이면, 전반사면에 대치(對峙)하는 면을, 추출된 광이 출사하는 출사면으로 할 수 있다. 또한, 구동 수단은, 구동 수단을 제어하는 IC 기판상에 형성하는 것도 가능하고, 화면 제어용의 IC 칩과 일체화한 광 스위칭 소자를 실현하는 것도 가능하다.

이러한 본 발명의 광 스위칭 소자는, 1개 또는 복수개 조합시켜 화소를 표시하는 것이 가능하고, 복수의 광 스위칭 소자를 2차원적으로 배치하며, 또한, 도광부는 백색 또는 3원색의 광이 전달 가능하도록 함으로써 화상 표시 장치를 구성할 수 있다. 이 화상 표시 장치는, 고속으로 해상도가 높은 화상 표시가 가능하고, 또한, 화상 표시 장치를 계층 구조화할 수 있기 때문에, 낮은 비용으로 제공할 수 있다. 또한, IC 칩과 일체화한 화상 표시 장치로 하는 것도 물론 가능하게 된다.

반사형의 스위칭부로 하기 위해서, 추출된 광을 출사하는 출사체로서, 추출면에 의해 추출된 광을 반사하는 마이크로 프리즘 또는 광 산란성인 것을 사용할 수 있으며, 출사광의 방향을 제어하여 도광부의 전반사면에 대해 수직방향에 가까이 할 수 있다.

구동 수단에는, 스위칭부를 탄성적으로 지지하는 지지 부재와, 스위칭부를 1세트 이상의 전극 사이에서 작용하는 정전력에 의해 구동하는 정전 구동 수단을 설치함으로써 스위칭부를 제 1 및 제 2 위치로 움직일 수 있다. 지지 부재는, 정전 구동 수단에 의한 정전력이 작용하지 않을 때에 스위칭부를 제 1 위치에서 도광부를 향하여 가압하는 것이 바람직하다. 정전 구동 수단은, 전력을 사용하여 제어가 용이하지만 전압 또는 전류의 변동에 따라 구동력이 변화한다. 이에 대해, 탄성체를 사용한 구동력은 기계적이며 안정하다. 따라서, 스위칭부의 추출면을 도광부의 전반사면에 접근시켜 광 스위칭 소자를 온상태로 하는 구동력으로서 안정한 탄성체를 사용한 지지 부재를 사용하여, 적당한 거리를 벌리는 것에 따라 광을 오프상태로 하는 구동력으로서 제어가 용이한 전력을 사용한 정전 구동 수단을 채용하는 것에 의해, 안정한 광량을 확보할 수 있고, 제어능력이 높은 광 스위칭 소자를 제공할 수 있다.

지지 부재는, 스위칭부가 제 1 위치가 되었을 때에 휜 상태가 남도록 설정하는 것이 바람직하다. 휜 상태를 남기는 것에 의해, 온상태에서는 도광부의 전반사면에 대해 추출면이 지지 부재의 탄성력에 의해서 가압된 상태로 되기 때문에 추출면이 전반사면에 밀착되며, 온인 때는 밝고, 온·오프의 콘트라스트가 높은 광 스위칭 소자를 제공할 수가 있다. 또한, 지지 부재에 휨를 갖게 함으로써, 진동, 온도변화 또는 그 밖의 경과시 변화에 의한 도광부와 스위칭부의 간격, 또는 스위칭부와 구동 수단의 간격 등이 변화하였을 때에, 그것을 흡수하는 것이 가능하게 된다.

또한, 스위칭부는 스페이서를 통해 지지 부재로부터 지지하는 것이 바람직하고, 이 스페이서에는, 전극의 거리를 좁게하는 기능과, 지지 부재가 탄성 변형하는 스페이스를 확보하는 기능을 갖게 할 수 있다. 이러한 스페이서에서는, 구동 수단을 아래로 하여 보았을 때에 단면이 T자형 또는 역사다리꼴 형상 등인 스페이서가 있다. 전극사이가 짧게 되면, 구동 전압을 낮게 할 수 있어, 고속 동작이 가능하게 된다.

또한, 이러한 형상의 스페이서이면, 지지 부재로서, 스위칭부의 경계 부근의 지주부(支柱部)에서 일단이 지지되며, 타단이 스위칭부에 연결된 판형상의 스프링 부재를 채용할 수 있고, 스프링 부재의 유효 길이가 길게 확보되어, 스위칭부를 가압하는 힘을 조정하는 것이 가능하다. 따라서, 정전 구동 수단의 구동력이 작더라도 온 오프동작을 확실하게 할 수 있는 탄성력이 얻어지도록 조정할 수 있다. 또한, T자형 또는 역사다리꼴 형상의 스페이서를 채용함으로써, 스위칭부의 면적을 할애하지 않고 스프링 부재의 유효 길이를 확보할 수 있기 때문에, 광이 출사되는 개구율이 높고, 화상 표시 장치를 구성하였을 때에 인접하는 광 스위칭 소자끼리가 거의 연결된 심리스로 되는 광 스위칭 소자를 제공할 수 있다.

스프링 부재는, 코일 스프링 등의 임의 형상인 것을 사용할 수 있다. 그러나, 스프링 부재는 스위칭부(소자)의 경계부근의 지주부에서 일단이 지지되어, 타단이 광 스위칭부에 연결된 판형상의 스프링을 채용함으로써, 스프링 부재에 의해 광 스위칭부의 위치 결정을 할 수 있다. 이때, 스프링 부재에는 경계부근에 슬릿 또는 구멍이 형성된 판 형상의 스프링을 채용함으로써, 인접하는 광 스위칭부에 대한 영향을 방지할 수 있고, 또한, 스프링 부재의 탄성계수를 스위칭부를 구동하는 데 적당한 값으로 설정할 수 있다.

이러한 판 형상의 스프링은, 경계부근에 설치된 지주에 일단이 접속되어, 광 스위칭부에서 방사상으로 연장된 폭이 좁은 스프링 부재로 된다. 이러한 스프링 부재에 대하여, 전극을 스위칭부에서 방사상으로 넓어지고 있는 구조로 함으로써, 전극면적을 널리 할 수 있기 때문에, 저전압으로 높은 구동력이 얻어져, 구동 전압을 내릴 수 있다. 또한, 스프링 부재는, 경계에 따라 연장된 나선 형상의 부분을 구비한 판 형상의 스프링으로 함으로써, 면적을 늘리지 않고서 스프링의 유효 길이를 길게 할 수 있기 때문에, 광 스위칭부를 구동하기 위한 전압을 내려서, 소비전력을 저감할 수 있다. 또한, 2중 나선구조를 사용 할 수도 있다. 또한, 스프링의 굴곡부(양 지점의 중간부)를, 다른 부분보다 얇게 함으로써 탄성계수를 내려 스프링의 유효 길이를 길게 한 것과 같은 효과를 얻는 것도 가능하다. 이러한 판 스프링의 지지부는, 경계부근에 규칙적으로 배치되어, 복수의 광 스위칭 소자를 사용하여 화상 표시 장치를 구성하였을 때에 인접하는 스위칭 소자와 공용하도록 구성할 수 있다.

지주부는 광 스위칭 소자끼리의 경계에 따라 길게 연장된 돌기같은 것이라도 되지만, 경계에 따라 단속적으로 존재하는 지주를 채용하는 것에 의해, 지지부가 차지하는 스페이스를 감소하는 것이 가능하여, 그 스페이스를 전극 또는 다른 스페이스로서 사용할 수 있다. 또한, 지주는 랜덤으로 배치하는 것도 가능하지만, 소정의 규칙에 따라 배치하는 것에 의해 시머트리로 조립하기 쉽게 성능이 안정한 광 스위칭 소자 및 화상 표시 장치를 제공할 수 있다.

또한, 스프링 부재로서는, 붕소 도프된 실리콘 박막과 같이 도전성이 있는 박막 부재를 채용할 수가 있어, 정전 구동 수단의 전극을 겸한 구조로 하는 것이 가능하다.

한편, 도광부와 스프링 부재와의 사이에 보조 지주부를 설치하며, 또한, 스프링 부재에 상기와 같은 슬릿 또는 구멍 등을 설치하지 않고, 스위칭부의 측을 거의 밀봉할 수 있는 판 형상의 스프링, 스위칭부를 구동 수단보다 부압(負壓)으로 할 수 있다. 이에 의해, 외기압에 의해 스프링 부재가 보조 지주부에 눌러지고, 스위칭부와의 간격을 균등하게 유지할 수 있다. 또한, 압력차에 의해서 온일 때에 스위칭부가 도광부에 밀착된다. 따라서, 안정한 동작이 행하여져, 콘트라스트가 높은 광 스위칭 소자를 제공할 수 있다.

또한, 구동 수단을 밀봉한 공간에 설치하여, 스위칭부를 갖는 광 스위칭 소자의 내부가 밀봉된 공간으로 하면, 그 압력을 낮게 하던가, 또는, 불활성 가스 등의 기체를 공기와 치환하여 내부의 압력을 낮게 할 수 있다. 이에 의해, 스위칭 동작시 기체의 유동저항을 낮게 할 수 있기 때문에, 기체에 의한 댐퍼 효과 등의 마찰이 발생하지 않게 되어, 구동 전압을 내리고, 구동속도를 올려, 더욱 온 오프의 전환을 고속으로 할 수 있다. 따라서, 고속 응답이 가능한 광 스위칭 소자의 제공이 가능해진다.

스위칭부의 구동 제어에 대해

이러한 탄성력과 정전력을 조합시켜 스위칭부를 구동하는 광 스위칭 소자에 있어서는, 될 수 있는 한 낮은 구동 전압으로 안정한 동작을 하게 하는 것이 중요한 과제이다.

스위칭부가 광을 온 오프하기 위해서 이동하는 거리를 d, 구동 전압을 Vd로 하면, 그 과정에서 작용하는 탄성력(Fg)과 정전력(Fs)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서 x는 스위칭부의 이동거리이고, K는 지지 부재의 탄성계수, C는 전극의 면적에 비례하며, 또한 유전율 등을 가미한 정수이다. 스위칭부의 이동위치는, 탄성력(Fg)과 정전력(Fs)이 균형이 잡힌 안정 위치로 되기 때문에, 구동 전압(Vd)를 내리기 위해서는 탄성력(Fg)을 내리고, 또한, 이동거리(d)를 짧게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 탄성계수(K)를 내리면 스위칭부의 이동속도가 저하하여 응답 속도가 낮게 된다. 또한, 이동거리(x)를 짧게 하면 온 오프의 콘트라스트가 얻어지기 어렵게 된다. 따라서, 구동 전압(Vd)를 내리는 것이 어렵다. 또한, 탄성력(Fg)과 정전력(Fs)이 균형이 잡힌 안정위치가 온 오프의 위치이면, 스위칭부의 자세가 안정하지 않을 가능성이 있어 광의 변조 능력이 열화할 가능성이 있다. 에버네슨트파를 이용한 스위칭 소자로서는 전반사면과 추출면과의 사이에 미소한 간격이 발생하면, 추출할 수 있는 광의 양이 감소한다.

그래서, 이하에서는 이동거리(d) 또는 탄성정수(K)를 일정하게 유지한 조건이라도 구동 전압(Vd)을 내릴 수 있으며, 또한, 스위칭부의 자세를 안정하게 하여 제어하며, 고속으로, 광의 콘트라스트가 큰, 또한 저전압으로 구동할 수 있도록 하고 있다.

이 때문에, 본 발명에 있어서는, 스위칭부를 구동하는 전극간에 구동 전압과 동일 극성으로 일정한 바이어스 전압을 인가함으로써, 스위칭부를 구동하는 구동 전압을 저감하고 있다. 또한, 그와 더불어, 바이어스 전압이 인가된 상태라도 스위칭부를 온 오프하는 위치, 특히 온하는 위치에서 안정시켜 자세가 유지될 수 있도록, 온의 위치에서는 바이어스 전압에 의한 힘보다도 큰 유지력을 확보할 수 있도록 하고 있다. 즉, 정전 구동 수단에, 스위칭부를 구동하는 구동 전압과, 이 구동 전압과 동일 극성으로, 정전력 또는 탄성력에 의해 적어도 제 1 위치에 스위칭부를 안정시켜 유지하는 유지력을 확보 가능한 일정한 바이어스 전압을 인가 가능한 구동 제어 수단을 설치하도록 하고 있다. 또한, 본 발명의 공간 광변조 장치의 제어 방법은, 정전 구동 수단에 대하여, 스위칭부를 구동하는 구동 전압과, 이 구동 전압과 동일 극성으로, 정전력 또는 탄성력에 의해 적어도 제 1 위치에 스위칭부를 안정시켜 유지하는 유지력을 확보 가능한 일정한 바이어스 전압을 인가하는 제어공정을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

일정한 바이어스 전압을 인가하여 놓음으로써, 스위칭부를 구동할 때에 인가하는 구동 전압은 낮게 할 수 있기 때문에 구동 제어 수단의 전원전압을 내릴 수 있다. 따라서, 구동 제어 수단을 구성하는 제어회로 등의 내전압을 내려 구성을 간소화할 수 있으며, 또한, 소비전력도 내릴 수 있다. 또한, 제 1 위치에 스위칭부를 유지 가능한 충분한 유지력을 확보함으로써, 바이어스 전압을 인가한 상태로 스위칭부의 자세를 안정시킬 수 있다. 이 때문에, 스위칭부가 제 1 위치에 있을 때라도 계속하여 바이어스 전압을 인가하는 것이 가능하고, 바이어스 전압의 제어가 불필요 또는 간략하게 된다.

또한, 제 1 또는 제 2 위치중, 구동 전압에 의해 유지력이 얻어진 위치에, 전극간에 최소 갭을 확보하는 스토퍼를 설치하여, 제 1 또는 제 2 위치에 스위칭부가 있을 때에 바이어스 전압에 의한 정전력이 무한히 커지지 않고 일정한 범위에 정지하도록 함과 동시에, 스토퍼의 위치에서는 지지 부재의 탄성력에 도달하지 않을 정도의 바이어스 전압으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 구동 전압의 온 오프만으로 스위칭부를 움직일 수 있기 때문에, 항상 일정한 바이어스 전압을 인가하는 것이 가능해져서, 바이어스 전압의 제어가 불필요하게 된다.

한편, 주기적으로 지지 부재의 제 1 또는 제 2 위치에서의 탄성력보다도 작게 되도록 바이어스 전압을 변화시켜도 된다. 예를 들면, 동작 클록으로 동기하여 바이어스 전압을 변화시킴으로서, 동작 클록의 타이밍으로 제 1 또는 제 2 위치로부터 지지 부재의 탄성력에 의해서스위칭부를 움직일 수 있다. 따라서, 구동 전압과 연동하여 바이어스 전압을 제어하지 않아도, 바이어스 전압을 일정한 타이밍으로 변동시킬 뿐이며, 스위칭부에 구동 전압의 변화에 응답한 동작을 할 수 있다. 이 때문에, 바이어스 전압의 제어는 용이하다. 또한, 바이어스 전압을 지지 부재의 탄성력 이상으로 하는 것도 가능해지기 때문에, 구동 전압을 더욱 저감할 수 있다.

또한, 전극간에 최소 갭을 확보하는 스토퍼를 설치하여 놓으므로서 바이어스 전압에 의한 정전력을 일정한 범위에 넣기 때문에, 바이어스 전압을 주기적으로 스토퍼의 위치에서 지지 부재의 탄성력에 도달하지 않는 값으로 함으로써 스위칭부를 구동 전압에 응답시킬 수 있다. 따라서, 바이어스 전압의 변동폭을 억제하는 것이 가능해져서, 바이어스 전압의 제어에 이러한 회로를 간이하게 할 수 있으며, 또한, 소비전력을 내릴 수 있다.

스위칭부를 제 1 위치로 유지하는 유지력은, 지지 부재에 의해 스위칭부가 제 2 위치로부터 제 1 위치로 이동하도록 하여, 지지 부재의 탄성력에 의해서 제 1 위치로 유지하도록 하여 얻을 수 있다. 즉, 제 1 위치를 바이어스 전압에 의한 정전력과 지지 부재의 탄성력이 평형하게 되는 안정점이 아니라, 지지 부재의 탄성력이 정전력보다도 커지도록 함으로써 안정한 유지력을 얻을 수 있다. 또한, 정전력은 식(2)에 나타낸 바와 같이 거리의 자승에 반비례하여 증가한다. 이 때문에, 지지 부재가 적당하게 변위된 탄성력이 작용하는 위치를 제 1 위치로 함으로써, 지지 부재의 탄성력과 1개 또는 복수의 위치에서 안정점이 있는 구동 전압이라도, 제 1 위치로부터 제 2 위치에서는 안정점이 없는 구동 전압이면, 지지 부재의 탄성력과의 사이에서 안정점을 가지지 않은 구동 전압보다 낮은 전압에 의해서 스위칭부를 안정시켜 구동할 수 있다. 따라서, 바이어스 전압을 설정하지 않은 경우라도 구동 전압을 저감할 수 있다. 물론, 바이어스 전압과의 조합에 의해, 더욱 구동 전압을 저감할 수 있다.

또한, 지지 부재를 정전력이 작용하지 때에 스위칭부를 제 1 및 제 2 위치의 거의 중간에서 지지 가능한 것으로 하여, 정전 구동 수단으로서 스위칭부를 제 1 위치에 유지하는 제 1 전극 페어와, 제 2 위치에 유지하는 제 2 전극 페어를 설치하여 교호로 구동 전압을 인가함으로써, 각각의 위치에서 정전력에 의해서 유지력을 얻을 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 위치의 간격은 변경하지 않고서, 각각의 전극 페어로 움직이는 거리를 반감할 수 있기 때문에, 식(2)에 나타낸 바와 같이 정전력(Fs)이 작용하는 간격을 실질적으로 반으로 줄여서, 구동 전압을 대폭 저감할 수 있다. 따라서, 바이어스 전압을 설정하지 않은 경우라도 구동 전압을 저감할 수 있다. 물론, 바이어스 전압과 조합함으로써 더욱 구동 전압을 저감할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 광 스위칭 소자 및 그 제어 방법으로서는, 스위칭부의 제 1 및 제 2 위치의 간격을 바꾸지 않고서, 또한, 지지 부재의 탄성계수도 바꾸지 않고서 구동 전압을 저감하는 것이 가능하다. 따라서, 고속동작이 가능하고, 콘트라스트의 큰 광 스위칭 소자를 저전압으로 구동하는 것이 가능해진다. 이러한 제어 방법은 본 발명에 한정되지 않고, 광을 제어할 수 있는 스위칭 요소를 기계적으로 움직여서 고속으로 변조할 수 있는 모든 공간 광변조 장치에도 적용할 수 있다. 그리고, 낮은 비용으로 소비전력도 적은 고속 동작 가능한 공간 광변조 장치를 제공할 수 있다.

스위칭부의 자세 제어에 대해

에버네슨트 광을 이용한 광 스위칭 소자에 있어서, 동작 속도를 더욱 고속으로 하는 것은 항상 중요한 과제이다. 그래서, 이하에서는 더욱, 평면적인 추출면을 요소로서 구비한 스위칭부를 이동 제어하여 광을 변조하는 공간 광변조 장치인 광 스위칭 소자의 동작 속도를 더욱 고속화하도록 하고 있다.

본원 발명자등이 추출면 등의 평면적인 요소를 구비한 광 스위칭 소자의 동작을 연구한 바, 미소한 거리를 고속으로 이동하면서 행하여지는 스위칭 동작에 있어서는, 스위칭부의 추출면과 전반사면과의 사이에 봉입되는 공기 또는 불활성 가스등의 유체의 저항, 또는 스위칭부가 이동할 때의 저항이 무시할 수 없는 항력으로 이루어져 있고, 이러한 유체의 저항을 억제하는 것에 의해 동작 속도를 대폭으로 향상할 수 있는 것을 찾아내었다. 이러한 유체저항을 저감하기 위해서는, 상술한 1개의 형태에 도시되는 바와 같이, 진공중에서 광 스위칭 소자를 동작시키면 좋지만, 스위칭부 또는 구동부의 주변환경을 진공으로 하기 위해서는 내압 용기 등의 부가부재가 필요하게 되어 대형화 및 비용이 높게 되는 원인이 된다. 또한, 제조과정에서도, 진공으로 하기 위한 공정이 필요하다. 또한, 진공 분위기에서만 사용 가능한 광 스위칭 소자로서는, 사용중에 진공 분위기가 깨어지면 단숨에 성능이 저하하거나, 또는 동작 불능으로 될 우려가 있으므로 신뢰성에 대해도 문제가 있다.

그래서, 이하에서는 유체의 저항을 스위칭부의 움직임(자세)에 의해 저감되고 있다. 즉, 구동 수단에 의해, 스위칭부의 추출면의 방향을 이동초기, 이동중 또는 이동말기에, 제 1 위치에서 추출면이 향하는 제 1 방향에 대해 경사지게 하는 것을 특징으로 하고 있다. 우선, 스위칭부를 이동 초기에 경사지게 함으로써, 스위칭부가 이동을 개시할 때에 스위칭부가 이탈하기 위해서 생기는 공간에 자연스럽게 유체를 유입시킬 수 있기 때문에 유체에 의한 저항을 삭감할 수 있다. 또한, 이동중에 스위칭부를 경사지게 함으로써, 평면 요소가 진행 방향에 대해 경사지기 때문에 스위칭부가 이동할 때에 받는 유체의 저항을 삭감할 수 있다. 그리고, 이동말기에 스위칭부를 경사지게 함으로써, 스위칭부가 정지할 때에 폐쇄되는 공간에서 유체를 자연스럽게 배출할 수 있기 때문에, 유체에 의한 저항을 삭감할 수 있다.

이와 같이 스위칭부의 이동초기, 이동중 및 이동말기의 적어도 어느 것인가에 평면요소의 방향을 경사지게 함으로써 유체의 저항을 삭감할 수 있어, 이동초기, 이동중 및 이동말기의 모든 또는 어느 것인가 2개의 상태에서 경사지게 함으로써, 더욱 유체에 의한 저항을 삭감할 수 있다. 스위칭부의 이동중의 저항이 줄기 때문에, 이동속도는 빠르게 되어, 변조 처리 속도를 향상할 수 있다. 또한, 스위칭부 주위의 압력을 내리거나, 또는 진공으로 하지 않더라도 유체에 의한 저항을 삭감할 수 있기 때문에, 광 스위칭 소자를 압력 용기에 넣지 않고서 통상의 환경에서 고속으로 움직일 수 있다. 따라서, 동작 속도가 빠르고, 신뢰성이 높은 광 스위칭 소자를 낮은 비용로 제공할 수 있다.

특히, 본 발명의 에버네슨트 광을 사용한 광 스위칭 소자로서는, 스위칭부의 추출면이 제 1 위치에서 전반사면에 접하여, 전반사면에서 추출면이 떨어질 때, 또는 밀착할 때에 유체의 움직임이 제한된다. 따라서, 스위칭부가 이동할 때의 저항이 커진다. 이에 대해, 더욱, 이동초기 또는 이동말기에 스위칭부를 경사지게 함으로써, 추출면과 전반사면과의 사이에 생기는 공간에 유체를 자연스럽게 유입 또는 배출할 수 있다. 따라서, 동작속도를 대폭 향상할 수 있다.

물론, 이러한 자세 제어는, 평면 요소를 사용한 본 발명의 광 스위칭 소자이외의 공간 광변조 장치에도 적용할 수 있다.

스위칭부의 자세는, 그 중심에 대해 비대칭인 분포를 구비한 구동력을 인가하는 것에 의해, 스위칭부를 비대칭인 상태, 즉, 경사진 상태로 할 수 있기 때문에, 이동초기, 이동중 또는 이동말기에 스위칭부를 경사기게 할 수 있다. 비대칭인 분포를 구비한 구동력을 인가하는 방법으로서는, 스위칭부의 중심을 입체 중심에서 어긋나게 놓음으로서, 스위칭부에 대해 배치적으로는 대칭인 분포의 구동력을 중심에 대해는 비대칭인 상태로 할 수 있으며, 이에 의해 스위칭부를 경사지게 할 수 있다.

또한, 구동 수단에 스위칭부를 탄성적으로 지지하는 지지 부재를 설치하여, 이 지지 부재의 탄성 정수의 분포를, 적어도 1부에서 스위칭부의 중심에 대해 비대칭이 되도록 함으로써, 중심에 대해 비대칭인 구동력을 스위칭부에 대해 인가할 수 있다. 또한, 구동 수단이 정전 구동 수단으로 되는, 스위칭부에 설치된 제 1 전극과, 이 제 1 전극에 대치하는 위치에 설치된 제 2 전극을 구비하고 있는 경우는, 제 1 또는 제 2 전극의 형상 또는 그것들 간격의 적어도 1부를 스위칭부의 중심에 대해 비대칭인 상태로 함으로써, 비대칭인 구동력을 스위칭부에 대해 인가할 수 있다.

또한, 상기의 제 1 또는 제 2 전극을 스위칭부의 중심에 대해 각각 비대칭인 형상의 제 1 및 제 2 구획으로 나누어, 이들의 구획에 다른 타이밍으로, 또는, 다른 전압의 전력을 공급함으로써, 비대칭인 구동력을 스위칭부에 대해 인가할 수 있다.

또한, 스위칭부는 제 2 위치에 있어서, 제 1 위치의 방향에 대해 평행할 필요는 없으며, 오히려 제 2 위치에 있어서 경사진 상태로 함으로써, 이동초기, 이동중 및 이동말기가 경사진 상태와의 사이에서 자연스럽게 이행할 수 있다. 따라서, 또한 유체의 저항을 감할 수 있어, 동작속도를 향상할 수 있다.

제 2 위치에서 스위칭부를 경사진 상태로 하기 위해서는, 구동 수단의 지지 부재의 탄성정수를 스위칭부의 중심에 대해 비대칭으로 하거나, 제 1 및 제 2 전극의 간격을 바꾸거나, 스위칭부가 제 2 위치에서 접촉하는 지지대와 스위칭부와의 사이를 스위칭부의 중심에 대해 비대칭으로 하는 방법이 있다.

(제 1 실시 형태)

스위칭 소자의 개략구성

도 1에 본 발명에 따른 공간 광변조 장치인 광 스위칭 소자(1)의 개략구성과, 이들 광 스위칭 소자(1)를 복수개 2차원적으로 어레이상으로 배열하여 구성한 화상 표시 장치(2)의 개략구성을 단면으로 도시하고 있다. 또한, 도 2에 광 스위칭 소자(1)의 스위칭부를 중심으로 한 개략구성을 확대하여 도시하고 있다. 본 발명의 광 스위칭 소자(1)는, 도입광(10)을 전반사하여 전달 가능한 도광부(20)의 전반사면(22)에 대하여, 투광성의 추출면(32)을 구비한 스위칭부(30)를 접촉시켜 에버네슨트파를 추출할 수 있는 스위칭 소자이다. 그리고, 추출된 광은 스위칭부(30)에서 도광부(20)의 방향으로 반사되어 출사광(11)이 되어, 도광부(20)의 출사면(21)를 통해 외부로 출력된다. 이 광 스위칭 소자(1)는 스위칭부(30)의 1파장 정도 또는 그 이하의 미소한 움직임에 의해서, 입사광(10)을 고속으로 변조(온 오프제어)할 수 있으며, 이 때문에 정전력과 탄성력을 사용하여 스위칭부(30)를 구동하는 구동부(40)와, 이 구동부(40)에 전력을 공급하여 제어하는 제어부(70)가 설치되어 있다. 이들의 도광부(20), 스위칭부(30)의 층, 이 광 스위칭부(30)를 움직이는 구동부(40)의 층, 및 구동부(40)를 제어하는 구동용 IC가 구성된 실리콘 기판(70)이 층을 이루며, 그것들이 순서로 적층되어 있다. 따라서, 본 예의 광 스위칭 소자(1)는 각각의 기능부분이 계층적으로 중첩된 계층 구조로 이루어져 있다.

광 스위칭 소자(1)의 구성을 더욱 상세하게 설명하면, 광 스위칭 소자(1)는 글래스 또는 투명 플라스틱제로 입사광(10)의 투과율이 높은 광 가이드(도광부, 커버 글래스)(20)를 구비하고 있고, 전반사면(22)으로 입사광(10)이 전반사하도록 전반사면(22)에 대해 적당한 각도로 입사광(10)이 입사된다. 그리고, 도 2의 스위칭 소자(1a)에 나타낸 바와 같이, 스위칭부(30)의 추출면(32)이 전반사면(22)에 접근 또는 밀착하여 에버네슨트 광을 추출할 수 있는 위치(제 1 위치 또는 온)(P1)가 되면, 도광부(20)로부터 입사광(10)이 스위칭부(30)에 추출된다. 스위칭부(30)는 도광부의 전반사면(22)의 측이 평탄한 추출면(32)으로 삼각주 형상의 마이크로 프리즘(34)을 출사체로서 구비하고 있다. 이 때문에, 저면의 추출면(32)으로부터 추출한 광은 마이크로 프리즘(34)의 반사면(34a)에서 전반사면(22)에 거의 수직한 방향으로 반사되어, 도광부(20)를 지나서 반대측의 출사면(21)으로부터 출사된다.

한편, 도 2의 스위칭 소자(1b)에 나타낸 바와 같이, 스위칭부(30)가 제 1 위치로부터 떨어져서, 추출면(32)이 전반사면(22)으로부터 떨어진 위치(제 2 위치 또는 오프)(P2)가 되면, 입사광(10)은 전반사면(22)에서 전반사되어 도광부(20)로부터 에버네슨트 광으로서 추출되지 않는다. 따라서, 출사광(11)은 얻어지지 않는다.

도 3에 에버네슨트파의 투과율의 예를 몇 가지 도시하고 있다. 전반사되어 있는 면에 투명체를 근접하면, 에버네슨트파가 투명체측에 누출하는 광이 투과한다. 에버네슨트파의 투과율은 매체의 굴절율이나 입사각도 등에 의해서 상위한다. 도 3에는, 파장(λ)이 500nm의 광에 대해 입사각을 50°로 했을 때 에버네슨트파의 투과율(%)을 전반사면(22)과 추출면(투명체)(32)과의 간격(μm)에 대해 측정한 투과곡선(L1)을 도시하고 있다. 마찬가지로 입사각 60°일 때의 특성곡선(L2),입사각 70°의 특성곡선(L3), 입사각 80°의 특성곡선(L4)도 도시하고 있다. 이들 특성 곡선은, 거의 같은 경향을 나타내고 있으며, 추출면(32)이 전반사면(22)에 0.1∼0.05μm 이하로 접근하면(제 1 위치) 투과율이 50% 정도가 된다. 한편, 추출면(32)이 전반사면(22)으로부터 0.2μm 이상 떨어지면(제 2 위치) 투과율은 10%이하가 되고, 또한, 추출면(32)의 거리가 0.3μm을 초과하면 투과율은 거의 0%가 된다. 따라서, 도 2의 광 스위칭 소자(1a)에서 나타낸 온 상태와, 광 스위칭 소자(1b)에서 도시하는 오프 상태에서는, 추출면(32)을 0.2∼0.3μm정도 이동시키는 것만으로 좋다. 이 때문에, 본 예의 광 스위칭 소자(1)를 사용함으로써, 고속으로 화소를 제어할 수 있고, 콘트라스트가 높은 화상을 얻을 수 있다. 또한, 추출면(32)의 이동거리가 짧게 되기 때문에, 추출면을 구비한 스위칭부(30)를 구동하기 위한 전극간의 간격도 짧게 된다. 따라서, 이들의 전극에 의해서 정전력에 의해 스위칭부(30)를 움직이기 위한 구동 전압도 작게 되며, 소비전력이 적고, 고속동작이 가능하여 콘트라스트의 큰 화상 표시 장치(2)를 제공할 수 있다.

구동부의 구성

스위칭부(30)를 구동하는 구동부(40)의 구성을 더욱 자세하게 설명한다. 스위칭부(30)의 아래쪽에는, 실리콘 기판(70)의 측(아래쪽)에 설치된 베이스 전극(62)과, 실리콘 기판(70)의 상면에 베이스 전극(62)에 대치하도록 설치된 전극(60)을 구비하고 있고, 이들의 전극(60 및 62)의 조합으로 정전력을 발생하여, 스위칭부(30)를 구동하는 할 수 있도록 되어 있다. 또한, 구동부(40)는 스위칭부(30)의 주위에 배치된 지주부(포스트)(44)로부터 스위칭부(30)에 연장된 박막 형상으로 탄성이 있는 요크(지지 부재)(50)를 구비하고 있다. 따라서, 본 예의 스위칭 소자(1)에 있어서는, 1세트의 전극(60 및 62)으로 이루어지는 정전 구동 수단의 정전력(Fs)과, 요크(50)의 탄성력(Fg)에 의해, 스위칭부(30)를 스위칭 소자(1a)로 나타태는 제 1 위치(P1), 및 스위칭 소자(1b)로 나타내는 제 2 위치(P2)로 움직일 수 있도록 이루어져 있다.

이러한 움직임을 행하는 스위칭부(30)는 스페이서(42)에 의해 요크(50)로부터 지지되어 있다. 스페이서(42)는 단면이 거의 T자형을 하고 있다. 이 때문에, 스페이서(42)의 중심은 기판(70)의 표면(71)을 향하여 연장되어, 스페이서(42)의 하면(42a)과 기판표면(71)의 간격(제 1 스페이스)(45)은 좁게 되어 있다. 또한, 스페이서(42)의 양측(주위)(42b)은 기판표면(71)으로부터 떨어져 있기 때문에, 주위(42b)와 기판표면(71)과의 간격(제 2 스페이스)은 넓게 되어 있다. 그리고, 좁은 제 1 스페이스(45)를 끼우도록, 전극(62 및 60)이 설치되어 있다. 한편, 넓은 제 2 스페이스(46)에는 스프링 부재인 요크(50)가 설치되어 있으며, 스위칭 소자(1)의 경계에 설치된 지주(44)와 스페이서(42)를 접속하여, 스페이서(42)를 통해 스위칭부(30)를 탄성적으로 지지함과 동시에, 스위칭부(30)의 위치 결정도 하고 있다.

도 2의 광 스위칭 소자(1a 및 1b)에 도시하는 바와 같이, T자형의 스페이서(42)에서 형성된 제 2 스페이스(46)로, 판 형상의 스프링 부재(50)가 변형될 수 있도록 이루어져 있고, 전극(60 및 62)의 간격(제 1 스페이스)을 확대하지 않고서, 스프링 부재(50)의 설치 스페이스가 확보되어 있다. 따라서, 정전 구동 수단을 구성하는 전극(60 및 62)의 간격이 좁게 되며, 구동 전압을 낮게 하여, 소비전력을 억제할 수 있다.

또한, 이러한 T자형의 스페이서(42)를 채용함으로써, 프리즘(34) 즉 스위칭부(30)의 아래에 스프링 부재(50)의 설치 스페이스가 되는 제 2 스페이스(46)를 설치할 수 있다. 따라서, 스위칭부(30)의 하층에 스프링 부재(50)도 포함시킨 구동부(40)를 구성하는 모든 부분을 배치할 수 있어, 상술한 바와 같이, 광 스위칭 소자(1)를 계층적인 배치로 할 수 있다. 스프링 부재(50)의 스페이스를 구동부(40)의 층으로 처리함으로써, 광 스위칭부(30)의 층으로서는, 인접하는 광 스위칭 소자(1a 및 1b)의 사이에 스프링 부재(50)를 설치하기 위한 스페이스가 불필요하다. 따라서, 프리즘(34)의 면적을 크게하는 것이 가능해져서, 도광부(20)로부터 광을 추출할 수 있는 면적율(개구율)을 높게 하여, 출사되는 광량이 큰 밝은 광 스위칭 소자를 제공할 수 있다.

또한, 본 예의 광 스위칭 소자(1)로서는, 구동부(40)의 층에 지주(44)를 설치하여 구동부(40)로 스위칭부(30)를 서포트할 수 있도록 하고 있다. 이 때문에, 도광부(20)에 프리즘(34)을 지지하는 구조를 에칭 등을 사용하여 형성할 필요가 없다. 따라서, 도광부(20)의 전반사면(22)은 복수의 광 스위칭 소자(1)에 대해 평탄한 평면으로 되고, 심플한 형상의 부재를 도광부(20)로서 채용할 수 있다. 그리고, 스프링 부재(50)가 스위칭부(30)의 사이에 존재하지 않기 때문에, 스위칭부(30)의 사이는 최소한으로 할 수 있어, 광 스위칭 소자(1a 및 1b)를 간격을 거의 벌리지 않고서 배치하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 예의 광 스위칭 소자를 사용함으로써 화소끼리의 사이가 거의 벌어지지 않는, 화소의 경계선이 없는 심리스인, 또는 심리스에 가까운 화상을 형성 가능한 화상 표시 장치(2)를 제공할 수 있다.

또한, 본 예의 광 스위칭 소자(1)에 있어서는, 광 스위칭 소자(1a)에 도시하는 바와 같이, 온상태에서는 정전기력을 사용하지 않고서 스프링 부재(50)의 힘으로 마이크로 프리즘(34)의 추출면(32)을 도광부(20)의 전반사면(22)에 누르도록 하고 있다. 또한, 온상태에서는 또한, 스프링 부재(50)에 약간의 변위(51)를 갖게 하여, 프리즘(34)을 전반사면(22)에 가압 할 수 있도록 하고 있다. 전력을 사용하여 제어되는 정전기력은 제어가 용이하지만 공급전압이 변동하면 추출면(32)을 전반사면(22)에 누르는 힘이 변화한다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 전압이 내려져서 가압이 부족하고, 추출면(32)과 전반사면(22)과의 간격이 0.1∼0.15μm 정도가 되면 투과량은 20% 부근 또는 그 이하로 되어, 온 오프의 콘트라스트가 저하해 버린다. 이에 대해, 스프링 부재(50)에 의해서 얻어지는 힘은, 기계적이고 전압변동에 관계없이 안정되고 있다. 따라서, 본 예의 스위칭 소자(1)에 있어서는, 온상태로 하는 구동력으로서 안정한 스프링 부재(50)의 힘을 사용하며, 한편, 오프상태로 하는 구동력으로서 제어가 용이한 정전기력을 사용함으로써, 안정한 광량을 확보함과 동시에, 제어능력이 높은 광 스위칭 소자를 제공할 수 있도록 하고 있다.

또한, 온상태의 스프링 부재(50)에 변위(휨)(51)를 갖게 하여 둠으로서, 적절한 힘으로 추출면(32)을 전반사면(22)에 가압하는 것이 가능해진다. 따라서, 진동, 온도변화 또는 그 밖의 경과시 변화에 의한 도광부와 스위칭부의 간격, 또는 광 스위칭부와 구동부의 간격 등이 변화한 경우라도 그것을 흡수하여, 온 오프의 콘트라스트가 저하하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 예의 스위칭 소자(1)는 상술한 바와 같이 T자형의 스페이서(42)에 의해서 스프링 부재(50)의 설치 스페이스로서 넓은 스페이스(46)가 확보되어 있기 때문에, 그 내부에서 스프링 부재(50)를 변위시켜 두는 것이 가능하다. 이 휨(51)의 정도는 오프상태의 간격과 같은, 즉, 0.1∼0.2μm 정도가 바람직하다.

또한, 본 예의 스프링 부재(50)는, 보론 드프된 실리콘제의 박막(49)으로 형성되어 있으며, 도전성이 있다. 따라서, 넓은 스페이스(46)의 영역에서는, 이 박막(49)을 스프링 부재(50)로서 기능시켜, 좁은 스페이스(45)의 영역에서는, 스페이서(42)에 이 박막(49)을 고정하여 전극(62)으로서 기능시킬 수 있다.

지지 부재(스프링 부재)의 구성

이와 같이, 본 예의 광 스위칭 소자(1)의 구동부(40)는 탄성력을 발휘하는 지지 부재(스프링 부재 또는 요크)(50)와, 전극(60 및 62)에 의한 정전 구동 수단을 구비하여, 스위칭부(30)를 고속으로 구동할 수 있도록 이루어져 있다. 이들 내에, 스프링 부재(50)는 탄성계수를 적절한 값으로 하는 것이 중요하다. 탄성계수가 지나치게 높으면, 짧은 간격이라도 움직이는 데 매우 힘이 필요하게 되어, 큰 정전기력이 요구되기 때문에, 구동 전압이 높게 되어 버린다. 한편, 탄성계수가 지나치게 낮으면, 프리즘(34)의 추출면(32)을 전반사면(22)에 누르는 힘이 얻어지지 않게 된다. 화상 표시 장치(2)에 사용되어 화소를 구성하는 광 스위칭 소자(1)의 사이즈는, 수십 미크론으로부터 수백 미크론으로서, 이러한 마이크로 머신에 있어서는, 스프링 부재(50)의 유효 길이를 길게하여 탄성계수를 낮게 억제하는 것이 중요하다. 이 때문에, 본 예의 광 스위칭 소자(1)에 있어서는, T자형의 스페이서(42)를 사용하여 확보된 넓은 스페이스(46)내에 스프링 부재(50)를 배치하여 유효 길이를 길게함과 동시에 또한 스프링 부재(50)를 가늘게 하여 유효 길이를 길게 하도록 하고 있다.

또한, 스프링 부재(50)를 구성하는 실리콘 박막(49)으로서 붕소도프된 도전성이 있는 박막을 채용함으로써, 스프링 부재(50)를 전극(62)으로서 사용하는 것이 가능하다. 이와 같이 스프링 부재(50)를 전극으로서 이용할 수 있는 것에는, 도전성 박막재, 예를 들면 Al막, Pt막 및 Ag막 등이 있다.

도 4에, 본 예의 광 스위칭 소자(1)의 구동부(40)의 배치를 저면(기판(70)의 측)에서 본 모양을 나타내고 있다. 실리콘 박막(49)은 사방의 지주(44)로부터 스페이서(42)의 저면(42a)을 향하여 방사상으로 연장된 스프링 부재(50)(명시하기 위해서 세로선으로 나타내고 있음)를 형성하기 위해서, 인접하는 다른 스위칭 소자와의 경계가 되는 지주(44)의 주위가 크게 커트되어 구멍(59)이 형성되어 있다. 또한, 저면(42a)에 남은 실리콘 박막(49)은 거의 사각형의 전극(62)(명시하기 위해서 사선으로 나타내고 있음)을 형성하고 있다. 이와 같이, 폭이 좁은 판 형상의 스프링 부재(50)를 형성함으로써, 유효 길이를 길게하여 구동 전압을 내릴 수 있다. 또한, 화상 표시 장치에 있어서는, 인접하는 광 스위칭 소자와의 접속부분이 가늘게 되기 때문에, 광 스위칭 소자로 구성되는 화소사이에서 온 오프상태가 서로 영향을 미치게 하는 것을 미연에 방지할 수 있다.

도 5에 본 예의 상기와 다른 스프링 부재(50)의 예를 도시하여 있다. 본 예에서는, 실리콘 박막(49)에 스페이서(42)로부터 지주(44)의 방향으로 연장된 방사상으로 슬릿(58)을 형성하여 가늘고 긴 스프링 부재(50)를 형성함과 동시에, 스페이서(42)의 저면(42a)에 부착한 전극(62)으로부터 방사상의 전극(62a)를 더욱 확대하여 형성하여, 전극의 면적을 넓게 확보하고 있다. 이와 같이, 전극(62)의 면적을 확대함으로써, 스위칭부(30)를 구동하기 위해서 인가하는 구동 전압을 작게 하는 것이 가능해진다.

도 6에 상기와 더욱 다른 스프링 부재(50)의 예를 도시하고 있다. 도 6a 및 도 6b에는, 화상 표시 장치를 구성하기 위해서 2차원적으로 배치된 복수의 광 스위칭 소자(1)중, 4개의 광 스위칭 소자(1)가 배치된 상태를 실리콘 기판(70)의 측에서 본 모양을 도시하고 있다. 본 예에 있어서는, 실리콘 박막(49)에 각각의 광 스위칭 소자(1)의 경계에 따른 방향으로 슬릿(58)을 형성되고 있으며, 스페이서(42)의 주위, 즉, 광 스위칭 소자(1)의 경계에 따라 나선 형상으로 연장된 스프링 부재(50)를 구성하고 있다. 이와 같이, 스프링 부재(50)를 경계에 따른 방향으로 연장시킴으로서, 스프링 부재(50)의 유효 길이를 더욱 길게 할 수 있어, 그 한쪽에서, 스페이서(42)의 저면(42a)를 확대하여 전극(62)의 면적을 넓게 확보할 수 있다. 따라서, 이들의 효과에 의해, 구동 전압을 대폭적으로 내리는 것이 가능해진다. 도 6b는 또한, 슬릿(58)을 길게하여 스프링 부재(50)가 스위칭 소자(1)의 경계에 따른 2변에 도달할 때까지 길게 나선형상으로 더욱 확보할 수 있도록 한 예로서, 스프링 부재(50)의 유효 길이를 한층 더 길게하여, 구동 전압을 내릴 수 있다. 물론, 또한 슬릿(58)을 길게 하여, 경계에 따라서 유효 길이가 긴 스프링 부재(50)를 형성하는 것도 가능하다.

도 8에, 더욱 다른 스프링 부재의 예를 도시하고 있다. 본 예에서는, 스프링 부재(50)가 스페이서(42)와 접하는 부분, 또는 지주(44)와 접속되어 있는 부분과 비교하여, 그것들 사이의 중앙부(55)의 두께를 얇게하여 탄성계수를 내리며, 구동 전압을 저감할 수 있도록 하고 있다. 이와 같이, 위에서 나타낸 몇가지의 예 또는 이들을 조합시킴으로서, 스프링 부재(50)의 탄성계수를 내릴 수 있기 때문에, 광 스위칭부(30)를 움직이기 위해서 전극(60 및 62)에 인가하여 정전기력을 발생시키는 구동 전압을 작게 할 수 있다. 따라서, 낮은 전기 소비량으로 가동 가능한 광 스위칭 소자(1)를 제공할 수 있으며, 화상 표시 장치(2)의 전체의 전력을 억제하는 것이 가능해진다.

본 예의 광 스위칭 소자(1)는 도광부(20), 광 스위칭부(30) 및 구동부(40)가 순서로 적층된 구조를 채용하여, 반사형의 광 스위칭부(30)로 함으로써, 출사 방향이 적층된 방향, 즉, 도광부(20)를 향한 광 스위칭 소자이며, 구동부(40)를 추출한 광이 통과하지 않은 구성의 광 스위칭 소자를 제공할 수 있다. 따라서, 구동부(40)는 광학적인 특성을 고려하지 않고서 설계할 수 있기 때문에, 광 스위칭부(30)를 지지하여 구동하는 구성을 상술한 바와 같이 모두 구동부(40)로 실현하도록 최적화하는 것이 가능해져서, 광 스위칭부(30) 및 도광부(20)의 구성을 매우 심플하게 할 수 있다. 그리고, 도광부(20), 광 스위칭부(30) 및 구동부(40)를 층구조로 하여 독립한 설계가 가능해지며, 도광부(20)는 전반사면(22)이 평탄한 평판형상의 부재를 사용할 수 있다. 또한, 스위칭부(30)에는 추출면(32)이 넓은 프리즘 등의 출사체(34)를 사용할 수 있다. 또한, 구동부(40)에는 온 오프 동작을 고속으로 안정하여 할 수 있는 신뢰성이 높은 메카니즘을 채용할 수 있다. 이 때문에, 본 발명에 의해 광량이 많고 광 손실(LA)이 적은 광 스위칭 소자가 제공 가능하고, 또한, 온 오프의 콘트라스트도 높은 화질이 좋은 광 스위칭 소자를 제공할 수 있다.

또한, 본 예의 광 스위칭 소자(1)는 구동부(40)를 구동회로 등이 구성된 실리콘 IC 기판상에, 에칭 등의 미세가공에 적합한 반도체 제조기법 또는 마이크로머신의 제조기술을 사용하여 제조할 수 있으며, 복수의 광 스위칭 소자(1)를 고밀도로 집적화하는 것도 용이하다. 따라서, 본 발명의 광 스위칭 소자를 사용하는 것에 의해, 얇고 해상도가 높은 화상 표시 장치(2)를 제공할 수 있다.

도 8에, 본 발명에 따른 화상 표시 장치(2)를 사용한 투사장치(6)를 도시하고 있다. 본 예의 투사장치(6)는 도광부(2)의 전반사면(22)에 구동회로와 같이 광 스위칭부(30) 및 구동부(40)가 탑재된 IC 칩(5)이 부착되어 있다. 화상 표시 장치(2)의 도광부(20)에는, 한쪽에 입사용의 면(81)이 준비되어 있고, 이 면을 향하여 광원으로부터 적 녹 청(RGB), 또는 시안, 마젠타, 옐로등 광의 3원색이 시분할로 입사된다. 본 예의 광원(80)은 백색의 메탈 하라이드 램프(80a)와, 모터로 회전되는 3색분할 필터(80b)를 구비하고 있고, 3색분할 필터(80b)에서 색분할된 광선이 콜리메이터 렌즈(80c)를 통해서 병행 광속화되어 입사면(81)으로부터 도광부(20)에 입사된다. 그리고, 전반사면(22)에 도달한 입사광(10)은 IC 칩(5)을 사용하여 구성된 각각의 광 스위칭 소자에 의해서 반사되어 도광부(20)를 투과하는 출사광(11)으로 되어 사출되어, 투사 렌즈(85)를 통해 스크린 등에 투사되어 원하는 화상이 형성된다. 한편, 광 스위칭 소자에 의해서 출사광으로 변환되지 않은 입사광(10)은 전반사에 의해서 도광부(20)의 입사면(81)과 반대측의 반사면(82)에 도달하여, 이 면에서 반사되어 다시 도광부(20)내를 전달하여, 광 스위칭 소자에 도달한다.

이와 같이, 본 예의 화상 표시 장치(2)는 시분할되어 입사광에 동기하여 IC 칩(5)에 의해 구성된 광 스위칭 소자를 조작함으로써 컬러 화상을 투사할 수 있다. 물론, 백색광을 입사광(10)으로서 채용하여, 파장 선택성이 있는 광추출부를 사용한 광 스위칭 소자에 의해서 컬러 화상을 투사하는 것도 가능하다.

도 9에 본 발명에 따른 광 스위칭 소자의 다른 예를 도시하고 있다. 광 스위칭 소자(1)도, 도광부(20)와 광 스위칭(30)과 구동부(40)가 이 순서로 IC 부(70)의 기반에 적층되어 있으며, 상술한 예와 공통하는 부분에 대해는 같은 부호를 붙여 설명을 생략한다. 또한, 이후에 설명하는 실시예에 있어서도 공통하는 부분은 같은 부호를 붙여 자세한 설명은 생략한다.

본 예의 광 스위칭 소자(1)에서는 스프링 부재(50) 및 전극(62)을 겸하여 지주(44) 및 스페이서(42)를 접속하도록 설치된 박막(49)이 도광부(20)에 대해 보조기둥(48)에 의해서 지지되어 있고, 추출면(32)과 전반사면(22)과의 간격이 광 스위칭 소자(1)의 사이에서 거의 균등하게 유지되도록 이루어져 있다. 또한, 박막(49)에는 구멍 또는 슬릿이 형성되어 있지 않고, 스위칭부(30)의 층을 박막(49)과 도광부(20)로 밀봉할 수 있도록 이루어져 있다. 그리고, 스위칭부(30)의 압력이 외기에 대해 부압으로 되도록 조정되어 있다. 이에 의해 박막(49)이 보조기둥(48)에 밀착되어, 복수의 광 스위칭 소자(1)를 2차원적으로 모두 화상 표시 장치(2)를 구성하였을 때에 박막(49)과 전반사면(22)과의 간격, 즉, 박막(49)에 부착된 광 스위칭부(30)의 추출면(32)과 도광부(20)의 전반사면(22)과의 간격을 거의 균등하게 유지할 수 있다. 따라서, 복수의 광 스위칭 소자(1)로 구성되는 화상 표시 장치(2)의 전화소로 안정한 스위칭 동작이 행하여지며, 모든 화소로 높은 콘트라스트를 얻을 수 있다. 이 보조기둥(48)은 모든 화소를 구성하는 스위칭 소자에 설치할 필요는 없고, 적당한 간격을 벌리거나, 또는 랜덤으로 배치해도 물론 된다.

또한, 스위칭부(30) 측이 부압으로 되도록 조정되어 있기 때문에, 외기압에 의해서 광 스위칭부(30)의 추출면(32)은 전반사면(22)에 대해 가압된다. 따라서, 본 예의 광 스위칭 소자(1)에 있어서는, 스프링 부재(50)의 힘에 첨가하여 대기압도 이용하여 추출면(32)을 전반사면(22)에 대해 밀착시켜, 높은 콘트라스트를 얻을 수 있다.

또한, 본 예의 광 스위칭 소자(1)에 있어서는, 스프링 부재(50)와 프리즘(34) 사이에 위치하는 스페이서(42)로서 T자형을 대신하여 역사다리꼴 형상을 채용하고 있다. 이와 같이, 역사다리꼴 형상의 스페이서(42)를 사용해도 스프링 부재(50)를 배치하는 넓은 스페이스(46)와, 전극(60 및 62)을 배치하는 좁은 스페이스(45)를 확보하는 것이 가능하다.

또한, 스위칭부(30)에 첨가하여, 구동부(40)도 밀봉하며, 도광부(20) 및 실리콘 기판(70)으로 둘러싸인 영역전체를 밀봉하여 부압으로 하는 것도 가능하다. 이 영역의 압력을 내리는 것에 의해, 광 스위칭부(30) 및 구동부(40)를 구성하는 프리즘(34), 스프링 부재(50)등이 스위칭 동작하기 위해서 움직일 때에 기체의 유동 저항이 없어져서, 댐퍼 효과 등에 의한 저항이 대폭 저하한다. 따라서, 온 오프동작인 때의 구동속도를 올리는 것이 가능해지며, 또한, 구동력을 저감할 수 있기 때문에, 고속동작이 가능하고 소비전력이 낮은 스위칭 소자 및 화상 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한, 상기 밀봉된 공간을 수분이 포함되지 않은 기체로 치환하며, 또한 외부보다 부압으로 함으로써, 상술의 효과에 첨가하여, 흡착등의 원인이 되는 수분을 제거할 수 있으며, 또한, 불활성 가스이면, 산화등의 변질을 방지할 수 있다.

구동부의 제어

이하에서는, 본 예의 광 스위칭 소자(1)의 구동부(40)의 제어 방법에 대해더욱 상세하게 설명한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 예의 스위칭 소자는 전극(60 및 62)간에 스토퍼(65)가 설치되어 있다. 이 스토퍼(65)에 의해, 실리콘 기판에 구성되는 구동 제어부(70)로부터 전극(60)에 구동 전압(Vd)이 공급되어 전극(60 및 62)간에 정전력(Fs)이 발생하여, 그 힘에 의해서 스위칭부(30)가 제 2 위치(P2)로 이동하였을 때에 스토퍼(65)의 위치에 정지하며, 전극(60 및 62)은 밀착하는 일 없이 적당한 간격(갭)(G)이 확보될 수 있도록 되어 있다. 이 스토퍼(65)는 스위칭부(30)가 이동하였을 때에 전극끼리가 충돌하지 않기 위한 기능에 첨가되어, 이하에 도시하는 바와 같이, 정지위치에 있어서 정전력이 무한대로 되는 것을 방지하여, 낮은 전압으로 고속의 제어를 할 수 있도록 하는 기능도 완수하고 있다.

도 10에, 본 예의 스위칭 소자(1)의 구동부(40)에 있어서의 정전력(Fs)과 탄성력(탄성력)(Fg)의 관계를 도시하고 있다. 정전력(Fs)은 구동 전압(Vd)을 10, 20, 30, 40 및 50V로 하였을 때의 힘을 각각 도시하고 있다. 도 10에 도시한 스위칭 소자(1)는 전극(60 및 62)의 간격이 0.5μm이고, 정전력(Fs)이 가하여졌을 때에 스토퍼(65)에 의해서 이들의 전극(60 및 62)간에는 0.1μm의 갭(G)이 벌어지도록 되어 있다. 또한, 요크(50)는 제 1 위치(P1)로부터 0.5μm 변위(초기변위(x0))된 상태가 되도록 설정되어 있다. 따라서, 스위칭부(30)는 요크(50)의 변위(x)로 생각하면 제 1 위치(P1)로부터 제 2 위치(P2)(스토퍼위치)까지 초기변위(x0)의 0.5μm에서 0.9μm의 0.4μm의 간격(d0)을 이동하여, 이것에 따라 식(1)에 도시한 탄성력(Fg)이 발생한다. 또한, 이 간격(d0) 내에서는, 구동 전압(Vd)이 인가되고 있을 때는, 식(2)에 도시되는 바와 같이, 전극간(d)이 0.5μm사이를 변위(x)에서 이동하였을 때의 정전력(Fs)이 발생한다.

먼저, 제 1 위치(P1)로부터 제 2 위치(P2)에 스위칭부(30)를 움직이는 구동 전압(Vd)에 대해 검토한다. 제 1 위치(P1)로부터 제 2 위치(P2)를 향하여 탄성력(Fg)에 반대로 스위칭부(30)를 이동하기 위해서는, 항상 탄성력(Fg)보다 큰 정전력(Fs)가 얻어지는 구동 전압(Vd)를 전극(60 및 62)에 인가할 필요가 있다. 즉, 탄성력(Fg)과 안정점을 갖지 않는 정전력(Fs)를 발휘할 수 있는 구동 전압(Vd)을 인가할 필요가 있다. 도 10에 도시한 예로서는, 안정점을 갖지 않는 정전력(Fs)을 발생시키는 전압은 50V이고, 구동 전압(Vd)으로서 50V를 인가하면 확실하게 스위칭부(30)를 제 2 위치(P2)로 이동할 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 본 예의 스위칭 소자(1)로서는, 요크(50)가 제 1 위치(P1)에 있어서 요크(스프링 부재)의 휨(51)으로서 설정된 초기변위(x0)를 가지고 있으며, 이 초기변위(x0) 이하의 변위(x)에서 안정점이 있는 구동 전압(Vd)이라도 문제없이 스위칭부(30)를 이동할 수 있다. 즉, 정전력(Fs)은 거리(d-x)의 자승에 반비례하기 때문에, 초기변위(x0)가 있으며, 요크의 변위(x)에 대해 전극간 거리(d-x)가 실질적으로 작게 되어 있는 경우는, 낮은 전압을 구동 전압(Vd)로서 채용할 수 있다. 도 10에서는, 구동 전압(Vd)이 40V인 때가 그것에 상당한다. 구동 전압(Vd)이 40V에서는, 변위(x)가 초기변위(x0)보다도 작은 영역에서는 탄성력(Fg)과 정전력(Fs)이 같게 되어 스위칭부(30)의 움직임이 정지하는 안정점(s1 및 s2)이 있어, 구동 전압에는 적합하지 않는다. 그러나, 변위(x)가 초기변위(x0) 이상인 영역에서는 항상 정전력(Fs)이 탄성력(Fg)보다도 커지고, 안정점이 없기 때문에 구동 전압(Vd)으로서 채용할 수 있다.

이와 같이, 초기변위(x0)를 도입함으로써, 제 1 위치(P1)에서 스위칭부(40)를 안정시켜 유지할 수 있으며, 또한, 구동 전압(Vd)를 50V에서 40V로 저감할 수 있다.

또한, 초기변위(x0)에 의해서 제 1 위치(P1)에서 탄성력(Fg)이 작용하고 있기 때문에, 이 탄성력(Fg) 이하의 정전력(Fs)를 주는 전압을 바이어스 전압(Vb)으로서 전극(60 및 62)간에 인가할 수 있다. 예를 들면, 도 10에 있어서 10V를 바이어스 전압(Vb)으로서 설정하면, 제 1 위치(P1)에 있어서, 이 바이어스 전압(Vb) 에 의한 정전력(Fs)은 도면 중의 B1의 값으로 된다. 따라서, 바이어스 전압(Vb)을 인가한 상태라도 제 1 위치(P1)에 있어서의 탄성력(Fg)과의 차(Fk1)가 유지력으로서 작용하기 때문에, 스위칭부(30)를 안정하게 유지할 수 있다. 한편, 바이어스 전압(Vb)를 인가해 놓으면, 구동 전압(Vd)으로서 30V를 인가하는 것에 의해 구동 전압(Vd)이 40V인 때의 정전력(Fs)을 얻을 수 있기 때문에, 스위칭부(30)를 구동할 수 있다. 따라서, 구동 전압(Vd)을 더욱 10V 내릴 수 있다.

바이어스 전압(Vb)은 도 1에 도시한 화상 표시 장치(2)를 구성하는 스위칭 소자(1)에 대해 공통으로 인가하는 것이 가능하다. 예를 들면, 구동 전압(Vd)의 기준 전압이 0V에서, 여기의 스위칭 소자(1)를 구동하는 전극(60)에 고전위의 구동 전압(Vd)를 인가하여 구동할 때는, 이들의 스위칭 소자(1)에 공통하는 베이스 전극(62)에 -10V를 일률적으로 인가함으로써 구동 전압(Vd)과 동일 극성의 바이어스 전압(Vb)을 설정할 수 있다. 물론, 구동 전압(Vd)의 기준 전압이 10V 상승하도록 바이어스 전압(Vb)을 설정하도록 구동 제어부(제어부)(70)를 구성하는 것도 가능하다.

또한, 본 예의 스위칭 소자(1)에 있어서는, 제 2 위치(P2)에서 전극(60 및 62)간에 스토퍼(65)에 의한 갭(G)이 존재하기 때문에, 정전력(Fs)이 무한히 커지는 것은 없다. 이 때문에, 바이어스 전압(Vb)이 10V일 때는, 그것에 의하여 발생하는 정전력(Fs)이 제 2 위치(P2)에서 도면중 C1의 값으로, 탄성력(Fg)에 도달하지 않다. 따라서, 구동 전압(Vd)이 없어지면, 바이어스 전압(Vb)이 인가된 상태라도 제 2 위치(P2)에 있어서 탄성력(Fg)이 정전력(Fs)보다도 커져서, 스위칭부(30)는 탄성력(Fg)에 의해서 제 2 위치(P2)로부터 제 1 위치(P1)로 이동한다. 따라서, 바이어스 전압(Vb)을 인가한 상태라도 구동 전압(Vd)를 제어하는 뿐으로 스위칭부(30)를 온 오프 제어할 수 있다.

이와 같이, 제 2 위치(P2)에 있어서, 탄성력(Fg)에 도달하지 않는 바이어스 전압(Vb)을 인가하는 경우는, 일정한 전압의 바이어스 전압(Vb)을 모든 스위칭 소자에 대해 연속하여 인가하는 것이 가능하고, 바이어스 전압(Vb)의 제어는 매우 간단하게 된다. 이 때문에, 제어부(70)의 구성을 복잡하게 하지 않고 바이어스 전압(Vb)을 인가할 수 있어, 구동 전압(Vd)을 바이어스 전압(Vb)분만 저감할 수 있다. 따라서, 제어부(70)의 내압을 내리거나, 구성을 간이하게 할 수 있기 때문에, 제어부(70)의 사이즈를 축소할 수 있으며, 또한 낮은 비용으로 제조할 수 있다. 또한, 구동 전압의 전원전압을 내릴 수 있기 때문에, 소비전력도 억제할 수 있다. 한편, 제 1 위치(P1)에서는 스위칭부(30)를 안정하게 유지하는 유지력(Fk1)을 확보할 수 있다. 또한, 스위칭부(30)의 이동거리(d0)는 변경하지 않아도 되기 때문에 충분한 콘트라스트를 얻을 수 있다. 또한, 요크(50)의 탄성계수(K)도 변경할 필요가 없기 때문에, 스위칭부(30)의 구동속도도 거의 변화하지 않는다. 바이어스 전압(Vb)을 인가하더라도 도 10으로부터 판명되는 바와 같이, 바이어스 전압(Vb) 에 의한 정전력(Fs)은 거리의 자승에 반비례하여 급격하게 감소하기 때문에, 제 2 위치(P2)로부터 제 1 위치(P1)로 이동할 때의 속도에는 그 정도의 영향력은 없다.

다음에, 바이어스 전압(Vb)이 20V일 때를 검토한다. 제 1 위치(P1)에 있어서 바이어스 전압(Vb)(20V)에 의한 정전력(Fs)은 도면 중의 B2의 값으로 된다. 따라서, 탄성력(Fg)과의 차로서 유지력(Fk2)이 얻어지기 때문에, 스위칭부(30)를 안정시켜 유지할 수 있다. 한편, 스위칭부(30)를 구동하기 위해서 필요하게 되는 40V의 정전력(Fs)를 얻기 위해서 20V의 구동 전압(Vd)를 인가하면 되고, 상기의 케이스 보다 더욱 구동 전압(Vd)을 10V 저감할 수 있다. 그러나, 제 2 위치(P2)에 있어서는, 바이어스 전압(Vb)이 20V이면, 정전력(Fs)이 탄성력(Fg)을 상회하기 때문에 구동 전압(Vd)을 오프로 하더라도 스위칭부(30)는 제 2 위치(P2)로부터 제 1 위치(P1)로 이동하지 않는다. 이 때문에, 제 2 위치(P2)로부터 스위칭부(30)가 이동하도록 하기 위해서는, 바이어스 전압(Vb)을 0으로 하든지, 또는 탄성력(Fg)보다도 작은 값이 되는 전압, 예컨대 10V로 저하할 필요가 있다. 이러한 바이어스 전압(Vb)의 제어는 스위칭부(30)를 제 2 위치(P2)로부터 제 1 위치(P1)로 이동하는 타이밍으로 하면 좋다. 그러나, 예를 들면, 스위칭부(30)를 구동하는 클록신호로 동기하여 주기적으로 하는 것도 가능하다. 제 1 위치(P1)에 있어서 바이어스 전압(Vb)이 변동하더라도, 유지력(Fk2)이 증가할 뿐이며, 또한, 제 2 위치(P2)에 스위칭부(30)를 유지하고 있는 경우는 구동 전압(Vd)이 인가되어 있기 때문에, 바이어스 전압(Vb)을 오프로 하더라도 스위칭부(30)는 움직이지 않는다. 바이어스 전압(Vb)을 클록 신호등과 동기하여 주기적으로 변화시키는 것이면, 도 1에 도시되는 바와 같이 어레이상으로 배치된 복수의 스위칭 소자(1)의 베이스 전극(62)의 전위를 일률적으로 제어할 뿐으로 좋다. 따라서, 바이어스 전압(Vb)의 제어회로를 복잡하게 하지 않고 구동 전압(Vd)을 더욱 저감할 수 있다.

도 11에 구동 전압(Vd) 및 바이어스 전압(Vb)을 사용하여 스위칭부(30)를 제어하는 모양을 타이밍 챠트를 사용하여 도시하고 있다. 시각(t1)에 바이어스 전압(Vb)이 20V에서 10V로 줄어서, 구동 전압(Vd)이 0V로 되면, 제 2 위치(P2)에 있던 스위칭부(30)는 탄성력(Fg)에 의해서 제 1 위치(P1)로 이동한다. 시각(t2)에 바이어스 전압(Vb)이 10V에서 20V로 증가해도 제 1 위치(P1)에서는 탄성력(Fg)쪽이 크기 때문에 스위칭부(30)의 위치는 안정하게 유지할 수 있다. 시각(t1)으로부터 1클록후의 시각(t3)에 20V의 구동 전압(Vd)이 인가되어, 그것과 같은 타이밍으로 바이어스 전압(Vb)이 10V로 감소한다. 따라서, 시각(t3)에서는 전극간에 30V의 전위차에 의한 정전력(Fs)이 작용하는 것만으로 되기 때문에 스위칭부(30)는 움직이지 않는다. 그러나, 시각(t4)에 바이어스 전압(Vb)이 증가하면, 전극간에 40V의 전위차에 의한 정전력(Fs)이 작용하여, 스위칭부(30)는 제 1 위치(P1)로부터 제 2 위치(P2)로 이동한다. 시각(t3)으로부터 1클록후의 시각(t5)에 구동 전압(Vd)이 0V가 되면 시각(t1)과 마찬가지로 스위칭부(30)가 제 2 위치(P2)로부터 제 1 위치(P1)로 이동한다. 이와 같이, 바이어스 전압(Vb)을 클록 주기로 제 2 위치(P2)에서 탄성력(Fg)에 도달하지 않도록 증감함으로써, 탄성력(Fg)을 상회하는 바이어스 전압(Vb)을 인가하는 것이 가능하고, 또한, 구동 전압(Vd)에 따라서 스위칭부(30)를 움직이는 것이 가능하게 된다. 따라서, 구동 전압(Vd)은 바이어스 전압(Vb)인 부분만 낮게 할 수 있다. 이 때문에, 구동 전압(Vd)을 제어하는 제어부(70)의 구성을 더욱 간략화 할 수 있어, 내전압도 낮게 할 수 있기 때문에 조밀하게 할 수 있다. 또한, 구동 전압의 전원전압도 낮게 할 수 있기 때문에 소비전력을 삭감할 수 있다.

또한, 시각(t6)에 구동 전압(Vd)이 높은 레벨로 되어 스위칭부(30)가 제 2 위치로 이동한 후, 다음 클록주기인 시각(t7)에서 구동 전압(Vd)이 유지되면 바이어스 전압(Vb)이 감소하더라도 전극간에는 30V의 전위가 인가된 상태로 되기 때문에 정전력(Fs)이 탄성력(Fg)을 상회하여 스위칭부(30)는 이동하지 않는다. 마찬가지로, 시각(t8)에 구동 전압(Vd)가 0V로 되어 스위칭부(30)가 제 1 위치(P1)로 이동하며, 다음 클록주기에서 시각(t9)에 구동 전압(Vd)가 인가되지 않으면, 바이어스 전압(Vb)이 증감하더라도 제 1 위치(P1)에서는 정전력(Fs)이 탄성력(Fg)을 상회하지 않기 때문에 스위칭부(30)는 이동하지 않는다. 이와 같이, 바이어스 전압(Vb)을 주기적으로 증감시켜도, 구동 전압(Vd)에 의해서 스위칭부(30)의 모든 움직임을 제어할 수 있다. 본 예에서는, 구동 전압(Vd)이 높은 레벨로 변화할 때에 스위칭부(30)의 동작에 바이어스 전압(Vb)이 증감하는 사이만 지연이 발생하는 것으로 되지만, 바이어스 전압(Vb)이 증감하는 시간은 탄성력(Fg)에 의해서 스위칭부(30)가 시동하는 사이에서만 되므로 매우 짧은 시간이라서 좋으며, 화상표시등에 있어서 영향이 발생할 가능성은 매우 작다.

본 예에서는 바이어스 전압(Vb)을 10-20V의 범위로 증감하고 있지만, 바이어스 전압(Vb)을 0-20V의 범위로 변화시켜도 되는 것은 물론이다. 그러나, 제 2 위치(P2)에서 스토퍼(65)를 설치하고 있기 때문에 정전력(Fs)이 무한대로 커지는 것은 없으며, 바이어스 전압(Vb)을 10V로 저감하는 것만으로 탄성력(Fg)이 상회하여 스위칭부(30)를 이동할 수 있는 것은 상술한 바와 같다. 따라서, 바이어스 전압(Vb)의 변동범위도 10-20V의 범위로서, 바이어스 전압(Vb)의 제어에 관계되는 회로를 간략화 할 수 있으며, 또한, 베이스 전압의 증감에 따르는 소비 전력도 저감할 수 있다.

물론, 상기에 도시한 구동 전압 및 바이어스 전압은 각각의 케이스를 검토하기 위해서 예시한 값으로, 상술한 조건을 만족시키는 전압이면, 이상에 도시한 값이 아니라도 대응하는 효과가 얻어지는 것은 물론이다. 또한, 본 예에 도시한 구동 전압 및 바이어스 전압의 값은, 도 10에 가정한 조건에 있어서의 값이며, 본 발명에 따른 구동 전압 및 바이어스 전압이 본 명세서에 예시한 값으로 한정되지 않는 것은 물론이다.

(제 2 실시 형태)

도 12에, 본 발명에 따른 상기와 다른 광 스위칭 소자(1)를 도시하고 있다. 본 예의 광 스위칭 소자(1)도 에버네슨트파를 추출하여 출사광(12)을 조사가능한 광 스위칭 소자이고, 도광부(20), 반사형의 광 스위칭부(30), 구동부(40) 및 제어부(70)가 이 순서로 적층된 계층 구조로 되어 있다. 이 때문에, 상기의 실시 형태와 공통하는 부분에 대해는, 같은 부호를 붙여 설명을 생략한다. 본 예의 광 스위칭 소자(1)는 구동부(40)에 스위칭부(30)를 제 1 위치(P1)로부터 제 2 위치(P2)로 움직이기 위한 전극(60 및 62)의 페어(이하에서는 제 2 전극 페어로 함)(E2)에 첨가하며, 제 2 위치(P2)로부터 제 1 위치(P1)로 움직이기 위한 전극(64 및 66)의 페어(이하에서는 제 1 전극 페어)(E1)가 설치되어 있다. 이 때문에, 스페이서(42)로부터 프리즘(34)을 지지하기 위한 버퍼부재(35) 측면에, 대략ゴ자쪽의 노치(38)가 대칭인 위치에 설치되어 있다. 그리고, 이 스페이스(38)에 지주(44)로부터 연장시킨 보조기둥(47)이 삽입되어 있고, 기둥측에 전극되는 전극(66)이 고정되어, 버퍼부재(45)의 측에 베이스 전극(공통전극)이 되는 전극(64)이 고정되어 있다. 이 때문에, 본 예의 광 스위칭 소자(1)에 있어서는, 제 1 및 제 2 전극 페어(E1 및 E2)를 구비한 정전 구동 수단에 의해 온 오프 양쪽의 상태를 제어할 수 있기 때문에, 보다 안정한 구동 제어가 가능하고, 한층 더 신뢰성이 높은 광 스위칭 소자(1)를 제공할 수 있다.

본 예의 광 스위칭 소자(1)에 있어서는, 또한, 요크(50)는 제 1 위치(P1) 및 제 2 위치(P2)의 중간위치(P3)가 평형, 즉, 변위(x)가 0이 되도록 설정되어 있다. 이 때문에, 스위칭부(30)는 제 1 위치(P1)로부터 중간위치까지 요크(50)의 탄성력(Fg)에서 이동하여, 그 후, 전극(60 및 62)의 제 2 페어(E2)의 정전력(Fs)에서 제 2 위치(P2)까지 이동한다. 역방향으로는 제 2 위치(P2)로부터 중간위치(P3)까지 탄성력(Fg)에서 이동하여, 그 후는, 전극(64 및 66)의 제 1 페어(E1)의 정전력(Fs)에서 제 1 위치(P1)까지 이동한다. 그리고, 제 1 위치(P1)에서는, 제 1 페어(E1)의 정전력(Fs)이 유지력으로 되어 작용한다. 또한, 전극(64 및 66)의 간격은 제 1 위치(P1)에 있어서 전반사면(22)이 스토퍼가 되어 갭(G)이 벌어지도록 설정되어 있고, 제 2 위치(P2)와 마찬가지로 제 1 위치(P1)에 있어서도 정전력(Fs)을 일정한 범위에 정지하도록 이루어져 있다.

스프링 부재인 요크(50)의 평형인 위치가 제 1 및 제 2 위치의 중간위치(P3)이고, 제 1 및 제 2 전극 페어(E1 및 E2)에 의해서 중간위치로부터 제 1 위치(P1)의 사이와 중간 위치로부터 제 2 위치(P2)의 사이를 구동하는 구동부(40)에 있어서는, 각각의 전극 페어(E1 및 E2)가 정전 구동 수단으로서 기능하는 간격은 제 1 및 제 2 위치의 간격(d0)의 반으로 좋다. 따라서, 스위칭부(30)의 이동간격(d0)는 변경하지 않고서, 정전력(Fs)이 작용하는 간격을 반으로 할 수 있기 때문에, 상기의 식(2)으로부터 판명되는 바와 같이 간격(d)을 반으로 할 수 있으며, 이것에 따라 같은 정전력(Fs)를 얻기 위한 구동 전압(Vd)도 반으로 된다. 또한, 제 1 위치(P1)에 있어서 정전력(Fs)를 유지력으로서 이용할 수 있기 때문에, 탄성력(Fg)에서 유지력을 확보하기 위한 초기변위(x0)는 불필요하게 된다. 따라서, 이 초기변위(x0)에 대항하기 위해서 요구된 정전력(Fs)인 부분도 불필요해지기 때문에, 더욱 구동 전압(Vd)를 내릴 수 있다.

도 13을 기초로 더욱 설명한다. 도 13에 있어서, 요크의 변위(x)가 0의 위치를 제 1 위치(P1)로 하고, 변위(x)가 0.5μm의 위치를 제 2 위치(P2)로 하면, 이 구동계는 제 1 위치(P1)에서 유지력은 얻어지지 않지만, 탄성력(Fg)에 의해서 제 2 위치(P2)로부터 제 1 위치(P1)에 스위칭부(30)를 이동할 수 있는 것으로 된다. 이러한 탄성력(Fg)에 대하여, 제 1 위치(P1)로부터 제 2 위치(P2)까지 안정점이 없는 정전력(Fs)를 얻을 수 있는 구동 전압(Vd)이면, 스위칭부(30)를 제 1 위치(P1)로부터 제 2 위치(P2)로 이동할 수 있다. 도 13에 도시한 예로서는, 구동 전압(Vd)이 20V인 때에 탄성력(Fg)에 반대로 스위칭부(30)를 이동할 수 있다. 따라서, 이 케이스는 도 10에 도시한 것과 같은 구성의 스위칭 소자로, 탄성력(Fg)에 의해서 제 1 위치(P1)에서 유지력이 얻어지지 않은 경우에 상당한다. 즉, 유지력이 얻어지지 않은 정도의 탄성력(Fg)에 반대로 스위칭부(30)를 구동하는 데 20V의 구동 전압(Vd)이 필요하게 되어 있다.

한편, 도 12에 도시한 2개의 전극 페어(E1 및 E2)를 구비한 본 예의 스위칭 소자(1)에 있어서는, 도 13에 갈고리 모양의 괄호로 도시되는 바와 같이 코어의 변위(x)가 0의 위치를 중간위치(P3)로 하고, 코어의 변위(x)가 0.25의 위치를 제 1 위치(P1) 또는 제 2 위치(P2)로 할 수 있다. 그리고, 전극(60 및 62)으로 이루어지는 제 2 전극 페어(E2)가 중간위치(P3)로부터 탄성력(Fg)에 반대로 스위칭부(30)를 제 2 위치(P2)로 움직이며, 마찬가지로, 전극(64 및 66)으로 이루어지는 제 1 전극 페어(E1)가 중간위치(P3)로부터 탄성력(Fg)에 반대로 스위칭부(30)를 제 1 위치(P1)로 움직인다. 전극 페어(E1 및 E2)에 의해서 스위칭부(30)를 구동하는 모양은 같기 때문에, 전극 페어(E2)에 근거하여 설명하면, 중간위치(P3)로부터 탄성력(Fg)에 반대로 스위칭부(30)를 움직이기 위해서는, 중간위치(P3)로부터 제 2 위치(P2) 사이에서 안정점을 갖지 않는 정전력(Fs)이 얻어지는 구동 전압(Vd)를 인가하면 좋다. 본 예에서는, 7V의 구동 전압(Vd)를 인가하면 스위칭부(30)를 중간위치(P3)로부터 제 2 위치(P2)로 움직일 수 있다. 따라서, 본 예의 스위칭 소자(1)에 있어서는, 2개의 전극 페어(E1 및 E2)에 7V의 구동 전압(Vd)을 교호로 인가함으로써 스위칭부(30)를 구동할 수 있다. 이 때문에, 상기와 비교하면 구동 전압(Vd)을 20V에서 7V로, 약1/3로 삭감하는 것이 가능해진다. 또한, 중간위치(P3)로부터 제 1 위치(P1)에 정전력(Fs)을 사용하여 움직여서, 그 정전력(Fs)에서 유지할 수 있기 때문에, 제 1 위치(P1)에 스위칭부(30)를 유지하는 유지력을 얻는 것도 가능하게 된다.

또한, 상기의 실시 형태와 마찬가지로, 본 예에 있어서도 바이어스 전압(Vb)을 인가함으로써, 더욱 구동 전압(Vd)를 내릴 수 있다. 도 14는 도 13에 도시한 탄성력(Fg)과 정전력(Fs)를 확대하여 도시한 것이며, 또한, 전압(Vd)이 5V, 4V 및 2V의 정전력(Fs)을 첨가하여 도시하고 있다. 바이어스 전압(Vb)으로서 2V를 전극(60 및 62, 64 및 66)의 사이에 인가하면, 중간위치(P3)에 있어서는 5V의 구동 전압(Vd)를 인가함으로써 구동 전압(Vd)이 7V인 때의 정전력(Fs)가 얻어진다. 따라서, 5V의 구동 전압(Vd)에서 스위칭부(30)를 구동할 수가 있다. 또한, 제 1 위치(P1) 또는 제 2 위치(P2)에 있어서는, 바이어스 전압(Vb)이 2V의 정전력(Fs)보다도 탄성력(Fg)쪽이 커지기 때문에, 5V의 구동 전압(Vd)를 온 오프할 뿐으로 스위칭부(30)를 구동할 수 있다. 또한, 2개의 전극 페어(E1 및 E2)에 같은 바이어스 전압(Vb)을 인가하기 때문에, 중간위치(P3)에서는 바이어스 전압(Vb)에 의한 정전력(Fs)이 알맞아서, 중간위치(P3)가 변동하는 것은 적다. 한편, 어느 것인가의 위치를 향하여 스위칭부(30)가 이동을 개시하면 다른쪽 전극 페어의 간격은 넓게 되어, 정전력(Fs)이 거리의 자승에 반비례하여 감소한다. 따라서, 일단 어느 것인가의 전극 페어의 방향에 스위칭부(30)가 이동을 개시하면, 다른쪽 전극 페어간의 바이어스 전압(Vb)에 의한 영향은 거의 발생하지 않는다.

이러한 바이어스 전압(Vb)은 스위칭부(30)와 같이 이동하는 제 2 전극 페어(E2)의 베이스 전극(62)과, 제 1 전극 페어(E1)의 베이스 전극(64)에 공통의 전위를 인가하여 놓으므로서 공급할 수 있다. 또한, 구동 전압(Vd)과 동일 극성의 바이어스 전압을 인가하기 위해서는, 구동 전압의 기준 전압보다도 낮은 전압, 예를 들면 기준전압이 0V일 때에 -2V를 바이어스 전압(Vb)으로서 베이스 전극(62 및 64)에 공통으로 인가하여 놓는 것에 의해 실현된다.

바이어스 전압(Vb)을 더욱 올리고 4V의 바이어스 전압(Vb)을 인가하는 것도 가능하다. 이 경우, 3V의 구동 전압(Vd)을 인가함으로써 7V의 정전력(Fs)을 얻는 것이 가능하고, 스위칭부(30)를 3V의 구동 전압(Vd)에서 구동할 수 있다. 중간위치(P3)로서는, 바이어스 전압(Vb)가 2개의 전극 페어 사이에서 적합하기 때문에, 3V의 정전력(Fs)만이 유효하지만, 탄성력(Fg)이 0이기 때문에 스위칭부(30)는 이동을 개시하며, 일단 이동을 시작하면 상술한 바와 같이 다른 전극 페어의 바이어스 전압(Vb)의 영향은 거의 없게 되기 때문에, 탄성력(Fg)과 안정점이 발생하는 일없이, 자연스럽게 스위칭부(30)를 이동할 수 있다.

한편, 제 1 위치(P1) 또는 제 2 위치(P2)에 있어서는, 4V의 바이어스 전압(Vb)에 의한 정전력(Fs)쪽이 탄성력(Fg)보다도 강하게 되기 때문에, 구동 전압(Vd)을 오프로 하더라도 스위칭부(30)는 이동을 개시하지 않는다. 따라서, 이 경우는, 클록신호와 동기하여 바이어스 전압(Vb)을 0V 또는 탄성력(Fg)이 능가하는 2V로 감소할 필요가 있다. 그리고, 4V의 바이어스 전압(Vb)을 클록신호와 동기하여 증감하는 것에 의해, 3V의 구동 전압(Vd)을 교호로 제 1 및 제 2 전극 페어에 주는 것에 의해 스위칭부(30)를 구동할 수 있다. 따라서, 본 예의 스위칭 소자(1)에 있어서는, 상기의 실시 형태로 설명한 가장 일반적으로 채용되는 50V라는 고전압의 구동 전압을 3V라는 반도체 회로에서 사용하기 쉬운 전압 레벨까지 저감할 수 있다. 이 때문에, 제어부(70)의 회로규모를 매우 축소하는 것이 가능해지고, 또한, 소비전력도 대폭 저감할 수 있다.

도 15에, 본 예의 스위칭 소자(1)의 스위칭부(30)를 구동 전압(Vd) 및 바이어스 전압(Vb)을 사용하여 스위칭부(30)를 제어하는 모양을 타이밍 챠트를 사용하여 도시하고 있다. 시각(t11)에 바이어스 전압(Vb)이 4V에서 2V로 감소하며, 스위칭부(30)를 제 2 위치(P2)를 향하여 구동하는 제 2 전극 페어(E2)의 구동전위(Vd2)를 오프(3V에서 0V)로 하면, 제 2 전극 페어(E2)의 전전압은 7V에서 2V로 감소한다. 따라서, 탄성력(Fg)이 정전력(Fs)보다도 커지기 때문에, 스위칭부(30)가 제 2 위치(P2)로부터 중간위치(P3)를 향하여 이동한다. 시각(t12)에 스위칭부(30)를 제 1 위치(P1)를 향하여 구동하는 제 1 전극 페어(E1)의 구동전위(Vd1)가 온(0V에서 3V)으로 되어, 바이어스 전압(Vb)이 4V가 되면, 제 1 전극 페어(E1)의 전전압은 7V로 되며, 스위칭부(30)는 제 1 위치(P1)로 이동하여, 그 위치로 유지된다. 이 때, 바이어스 전압(Vb)에 의해서, 제 2 전극 페어(E2)의 전전압이 4V가 되지만, 제 2 전극 페어(E2)의 간격이 넓게 벌어지기 때문에, 그 정전력(Fs)은 거의 무시할 수 있는 상태로 된다.

시각(t11)으로부터 1 클록후의 시각(t13)에 바이어스 전압(Vb)이 4V에서 2V로 감소하여, 제 1 전극 페어(E1)의 구동 전압(Vd1)이 오프가 되면, 스위칭부(30)는 제 1 위치(P1)로부터 중간위치(P3)를 향하여 이동을 개시한다. 그리고, 시각(t14)에 제 2 전극 페어(E2)의 구동 전압(Vd2)이 온이 되어, 바이어스 전압(Vb)이 4V가 되면, 제 2 전극 페어(E2)의 전전압은 7V로 되기 때문에, 스위칭부(30)는 제 2 위치(P2)로 움직여 유지된다.

또한, 시각(t13)으로부터 1 클록후의 시각(t15)에 바이어스 전압(Vb)이 감소하여, 구동 전압(Vd2)이 오프가 되며, 그것에 계속해서 구동 전압(Vd1)이 온이 되면 스위칭부(30)는 제 2 위치(P2)로부터 제 1 위치(P1)로 이동한다. 이 상태에서, 시각(t15)으로부터 1 클록후의 시각(t16)에 바이어스 전압(Vb)이 감소해도, 구동 전압(Vd1)이 온인 상태이면, 제 1 전극 페어(E1)의 전전압은 5V로 유지되기 때문에, 스위칭부(30)는 제 1 위치(P1)에 유지된 상태로 된다. 반대로, 시각(t17)에 구동 전압(Vd1)이 오프로 되며, 구동 전압(Vd2)이 온으로 되어 스위칭부(30)가 제 2 위치로 움직인 후, 클록주기로 시각(t18) 및 시각(t19)에 바이어스 전압(Vb)이 4V에서 2V로 감소하더라도 구동 전압(Vd2)이 온으로 되어 있기 때문에 스위칭부(30)는 제 2 위치(P2)로 유지된다. 그리고, 시각(t20)에 구동 전압(Vd2)이 오프로 되어, 구동 전압(Vd1)이 온으로 되면 스위칭부(30)는 제 2 위치(P2)로부터 제 1 위치(P1)로 이동한다.

이와 같이, 본 예의 스위칭 소자(1)에 있어서는, 구동 전압(Vd)을 0-3V에서 변화시킴으로서, 스위칭부(30)를 구동할 수 있다. 또한, 바이어스 전압(Vb)도 2-4V의 범위를 클록주기로 변화시키는 것만으로 된다. 따라서, 본 예의 스위칭 소자(1)는 스위칭부(30)를 구동하기 위한 전압을 대폭적으로 저감할 수 있어, 통상의 배터리의 전원 레벨로 구동하는 것이 가능하게 된다. 또한, 이것에 따라서, 도 1에 도시한 복수의 스위칭 소자를 어레이상으로 배치한 화상 표시 장치도 배터리의 전압 레벨의 전압으로 구동할 수 있다. 이와 같이 구동 전압을 내리는 것에 의해, 제어회로에서 제어 가능한 전압 레벨을 내릴 수 있으며, 또한, 내전압 특성도 낮아 좋기 때문에, 스위칭 소자 및 이것을 사용한 화상 표시 장치를 종래의 반도체 집적회로로 직접구동하는 것도 가능하게 된다. 또한, 전원전압이 낮아서 좋기 때문에, 소비전력도 대폭적으로 저감할 수 있다. 한편, 스위칭 소자로서의 성능, 예를 들면, 요크(50)의 탄성계수, 스위칭 소자의 이동거리, 또한, 스위칭부(30)를 온위치로 유지하는 능력 등을 그대로 유지할 수 있다. 따라서, 콘트라스트가 높고, 고속이며 안정한 동작을 할 수 있는 스위칭 소자를 낮은 비용으로 공급할 수 있다. 또한, 이 스위칭 소자를 어레이상으로 배치함으로써, 해상도가 높고, 밝은 화상을 고속으로 표시할 수 있고, 저소비 전력의 화상 표시 장치를 저비용으로 제공할 수가 있다.

또한, 이러한 구동 제어는, 에버네슨트파를 이용한 광 스위칭 소자에 한정되지 않고, 다른, 스위칭부로 되는 평면요소를 평행하게 움직이는 공간 광변조 장치, 그위에, 마이크로 미러 디바이스와 같이 평면요소의 각도를 변경하여 광을 온 오프하는 공간 광변조 장치등, 스위칭부의 위치를 변경하여 입사광을 변조하거나, 편광방향 또는 반사광의 위상을 변화시키는 등의 여러가지 타입의 공간 광변조 장치에 적용할 수 있다.

스위칭부의 자세 제어

(제 2 실시 형태)

도 16에, 상기와 다른 광 스위칭 소자(1)를 도시하고 있다. 본 예의 광 스위칭 소자(1)도 에버네슨트파를 이용한 광 스위칭 소자이다. 상기와 공통하는 부분에 대해는 같은 부호를 붙여 설명을 생략한다. 본 예의 광 스위칭 소자(1)도, 도 16(a)에 도시하는 바와 같이, 스위칭부(30)의 추출면(32)이 전반사면(22)과 평행한 방향(제 1 방향)으로 접근 또는 밀착하여 에버네슨트 광을 추출할 수 있는 위치(제 1 위치)가 되면, 도광부(20)으로부터 입사광(10)이 스위칭부(30)에 추출된다. 그리고, 마이크로 프리즘(34)에 의해 거의 수직한 출사광(11)으로 되어 출력된다. 도 16b에 도시하는 바와 같이, 스위칭부(30)가 제 1 위치로부터 떨어져, 추출면(32)이 전반사면(22)으로부터 떨어진 위치(제 2 위치)가 되면, 입사광(10)은 전반사면(22)으로 전반사되어 도광부(20)으로부터 에버네슨트 광으로서 추출되지 않으며, 출사광(11)은 얻어지지 않는다.

광 스위칭 소자의 스위칭부의 작용은 구동부(40)의 스프링 부재인 요크와 전극을 사용한 정전 구동 수단에 의해서 제어되지만, 본 예의 광 스위칭 소자에 있어서는 스위칭부가 그 중심에 대해 비대칭인 작용을 하도록 이루어져 있다. 이 때문에, 도면상의 좌우에 배치된 요크(50)와 요크(52)의 재질, 두께, 폭 등이 변경되어 있다.

도 17에는 요크(50 및 52)의 폭이 다른 예이다. 도 17은 스위칭부(30)를 아래(구동부(40)의 방향)로부터 본 모양이고, 거의 직육면체 형상의 대칭인 형상의 스위칭부(30)는, 그 입체 중심점(체심)(14a)에 대해 대칭인 4방향에 방사상으로 연장되어 있는 요크(50 및 52)에 의해 포스트(44)로부터 지지되어 있다. 광 스위칭 소자(1)의 체심(體心)(14a)를 통과하여 도면의 상하로 연장되는 방향에 입체 중심선(14)을 가정하면, 이 입체 중심선(14)의 도면상의 좌측 구획(12a)과 오른쪽 구획(12b)에 배치된 각각 2개의 요크(50)와 요크(52)는 재질 및 두께는 같고, 폭이 변경되어 있다. 즉, 요크(50)의 폭(W)이 요크(52)의 폭(W)보다도 좁게 되어 있다. 이 때문에, 구동부(40)의 일부로서 탄성적으로 스위칭부(30)를 지지하는 요크(50)와 요크(52)는, 그 탄성력, 즉, 스프링 계수가 다르고, 좌측 구획(12a)의 탄성력이 오른쪽 구획(12b)의 탄성력보다도 약해진다. 따라서, 본 예의 광 스위칭 소자에 있어서는, 스위칭부(30)가 입체 중심선(14)의 좌우로 다른 탄성정수의 요크(지지 부재)(50 및 52)로 지지되어 있다. 한편, 스위칭부 자체는 좌우의 형상이 대칭이기 때문에 체심(14a)과 중심(14b)의 위치는 일치하고 있다. 이 때문에, 스위칭부(30)는 중심(14b)에 대해 좌우로 비대칭인 탄성정수를 구비한 지지 부재에 의해서 지지되어 있는 것으로 이루어져, 구동부(40)의 정전 구동 수단인 전극(62 및 60)에 전력을 공급하여 정전력으로 스위칭부(30)를 구동하면, 좌우에서 언밸런스한 힘이 스위칭부(30)에 작용한다. 이 결과, 스위칭부(30)는 전반사면(22)에 대해 수평으로 움직이지 않고, 경사진 상태로 이동한다.

도 18에, 본 예의 스위칭부(30)가 경사 상태로 이동하는 모양을 단계적으로 도시하고 있다. 도 18a는 도 16a에 도시한 스위칭부(30)가 제 1 위치에 있는 상태를 도시하고 있고, 이 제 1 위치에서는 스위칭부(30)의 추출면(32)이 도광부(20)의 전반사면(22)에 접하여, 제 1 방향(A), 즉, 본 예에 있어서는 도면의 윗쪽을 향하여, 광 스위칭 소자(1)는 출사광을 출력하는 온상태로 되어 있다. 이 제 1 위치에 있어서는, 구동부(40)의 전극(62 및 60)에 대해 전원부(61)로부터 전력은 공급되어 있지 않고, 스위칭부(30)는 요크(50 및 52)의 발생하는 탄성력에 의해서 도광부(20)의 전반사면(22)에 가압되어, 추출면(32)과 전반사면(22)이 거의 밀착한 상태로 이루어져 있다.

다음에, 도 18b에 도시하는 바와 같이, 전원부(61)를 온하여, 구동부(40)의 전극(62)과 전극(60)에 전력을 공급하면 이들의 전극(62 및 60)의 사이에 정전력이 작용하여 스위칭부(30)가 기판(70)의 전극(60)에 끌어당겨진다. 본 예에 있어서는, 스위칭부(30)의 전극(62) 및 기판(70)의 전극(60)의 면적, 형상 및 간격은 입체 중심선(14)에 대해 대칭으로 분포하고 있기 때문에, 좌우대칭인 정전력이 스위칭부(30)에 작용한다. 그러나, 정전력에 대항하도록 움직이는 요크(50 및 52)의 탄성력은, 상술한 바와 같이 요크(50 및 52)의 폭이 다르기 때문에 좌우로 탄성계수가 다르고, 발생하는 탄성력도 다르다. 이 결과, 스위칭부(30)에 작용하는 구동력의 분포는 입체 중심선(14)의 좌우에서 다르며, 도 18b에 도시한 스위칭부(30)를 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동하는 과정의 이동초기에서는 좌측 구획(12a)의 구동력이 오른쪽 구획(12b)의 구동력보다도 커진다. 따라서, 스위칭부(30)의 좌측 구획(12a)쪽이 먼저 이동을 개시하며, 이것에 계속해서 오른쪽 구획(12b)이 이동을 개시하여, 이동 초기에서 추출면(32)이 제 1 방향(A)에 대해 경사진 상태로 된다.

추출면(32)이 경사진 상태로 이동을 개시하면, 도 18b에 도시하는 바와 같이, 추출면(32)은 그 좌측에서 서서히 전반사면(22)으로부터 박리되여, 추출면(32)과 전반사면(22)과의 사이에 공간(17)이 형성된다. 그리고, 이 공간(17)에 스위칭부(30) 주위의 유체, 본 예에 있어서는 공기(16)가 유입하여, 스위칭부(30)가 제 2 위치를 향하여 제 1 방향(A)과 반대측의 화살표(X)의 방향으로 이동을 개시한다. 그리고, 스위칭부(30)가 이동하면, 공간(17)은 서서히 오른쪽으로 넓어지면서 커져서, 그 공간(17)에 서서히 공기(16)가 유입된다. 이와 같이, 추출면(32)이 경사진 상태로 이동이 개시되면, 초기에 전반사면(22)과의 사이에 형성되는 공간의 부피는 대단히 작고, 거기에 유입하는 공기의 량도 적게 되기 때문에 공기저항은 매우 작다. 이에 대해, 추출면(32)을 제 1 방향(A)을 향하여 전반사면(22)과 평행한 상태로 유지한 채로 이동을 개시하면, 이동초기에 추출면(32)의 전체가 박리하기 위해서 형성되는 간격이 매우 커져서, 유입하는 공기의 양도 많아진다. 따라서, 공기의 저항은 매우 크다. 이 때문에, 본 예와 같이, 이동초기에 추출면(32)의 방향을 제 1 방향(A)에 대해 경사지게 함으로써, 공기저항을 감소시키는 것이 가능하고, 이동초기에서의 구동력이 작게 되어, 이동이 개시되기까지의 시간을 단축할 수 있다.

특히, 본 예의 에버네슨트 광을 이용한 광 스위칭 소자(1)에 있어서는, 추출면(32)과 전반사면(22)과의 사이에 약간의 간격이 생기며, 또한 추출면(32)의 각도가 변경되어 에버네슨트 광의 추출량이 극단적으로 저하됨과 동시에 출사광의 방향도 변한다. 따라서, 출사광이 소정의 방향으로 출력되는 온의 상태로부터 출사광이 출력되지 않는, 또는 출사광의 방향이 변하는 오프의 상태에 신속하게 변화한다. 이 때문에, 이동초기에 추출면(32)의 각도를 변경함으로써, 온상태로부터 오프상태로의 이행속도를 매우 빠르게 할 수 있다.

스위칭부(30)는 도 18b에 도시하는 바와 같이, 이동중도 진행방향(X)에 대해 경사진 상태로 된다. 따라서, 이동방향(X)에 존재하는 유체(공기)에 대하여, 스위칭부(30)의 저면, 즉, 전극(62)은 경사진 상태로 진행하여, 공기(16)는 스위칭부(30)의 전극(62)의 진행방향에 대해 경사진 표면에 따라 자연스럽게 흐르고 공기저항은 작다. 이에 대해, 추출면(32)을 제 1 방향(A)으로 유지한 채로, 전극(62)이 진행방향(X)에 수직한 상태로 이동하면, 전극(62)과 전극(60)과의 사이에서 공기(16)를 압축하게 되기 때문에, 공기저항은 크다. 이와 같이, 이동중에 있어서, 스위칭부(30)의 추출면(32)을 경사지는 것에 의해, 공기저항을 감소할 수 있어, 이동속도를 빠르게 할 수 있다.

도 18d는, 먼저 도 16b로 설명한 스위칭부(30)가 기판(70)의 전극(60)에 가장 접근하여 정지한 제 2 상태를 도시하고 있으며, 본 예의 광 스위칭 소자(1)에 있어서는, 이 제 2 위치에서 스위칭부(30)의 추출면(32)은 제 1 위치와 같은 방향(A)을 향하도록 이루어져 있다. 그러나, 도 18c에 도시하는 바와 같이, 스위칭부(30)가 정지직전의 이동 말기에서도, 추출면(32)은 제 1 방향(A)에 대해 경사져 있다. 이 때문에, 전극(62)과 전극(60)과의 사이의 공간은, 입체 중심선(14)에 대해 좌측 구획(12a) 측에서 서서히 작게 된다. 따라서, 전극(62)과 전극(60)과의 사이의 공기는 공간(17)이 경사지게 서서히 좁게 되기 때문에, 오른쪽 구획(12b)의 방향으로 자연스럽게 흘러서, 전극(62)과 전극(60)과의 사이에서 방출된다. 이 결과, 이동말기에서도 전극(62)과 전극(60)과의 사이에 있는 유체(공기)(16)에 의한 저항은 매우 작게 되어, 스위칭부(30)는 제 2 위치에 빠르게 도달한다. 또한, 이동 말기에서 스위칭부(30)가 공기 저항을 받아 어렵기 때문에 안정한 위치에 정지한다.

본 예의 광 스위칭 소자(1)는 전원부(61)를 오프함으로써, 전극(62 및 60)의 사이의 정전력이 없어지기 때문에, 구동부(40)의 요크(50 및 52)의 탄성력으로 스위칭부(30)가 도 18d에 도시한 제 2 위치로부터, 도 18a에 도시한 제 1 위치로 이동한다. 이 때는, 오른쪽 구획(12b)의 요크(52)의 탄성력이 좌측 구획(12a)의 요크(50)의 탄성력보다도 커지기 때문에, 스위칭부(30)에 대하여는 오른쪽으로 큰 구동력이 작용한다. 따라서, 추출면(32)이 제 1 방향(A)에 대해 도면의 좌측에 경사진 상태로 이동을 개시하여, 도 18a 내지 도 18d에 도시한 상태를 반대 순서로 가서 제 2 위치로부터 제 1 위치로 이동한다. 이 때문에, 스위칭부(30)가 제 2 위치로부터 제 1 위치로 이동할 때도 스위칭부(30)의 주위에 존재하는 기체의 저항을 억제할 수 있어, 이동속도를 향상할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 광 스위칭 소자(1)는 온 오프동작(변조동작)일 때에, 어느쪽의 방향으로 이동할 때도 스위칭부(30)가 제 1 방향(A)에 대해 비스듬이 벗겨지기 시작하여, 경사진 상태로 이동하며, 또 경사진 상태로부터 제 1 방향(A)을 향하면서 정지한다. 이 때문에, 어느 쪽의 상태라도 스위칭부(30)가 받는 공기(16)의 저항을 작게 할 수 있으며, 고속으로 이동하여, 응답 속도가 빠른 광 스위칭 소자, 즉, 공간 광변조 장치를 제공할 수 있다.

도 19에, 본 예의 광 스위칭 소자(1)의 이동시간을, 스위칭부(30)가 경사지지 않고서 이동하는 광 스위칭 소자의 이동시간과 비교하여 도시하고 있다. 도 19a는 스위칭부(30)가 제 1 위치로부터 제 2 위치, 즉, 온상태로부터 오프상태로 전환할 때의 전극(60)과 전극(62)의 거리(간격)(d)와, 전환 소요시간(경과시간)(T)과의 관계를 도시하고 있다. 스위칭부(30)의 추출면(32)이 항상 제 1 방향(A)을 향하여 이동하며, 전극(62)이 전극(60)에 대해 항상 평행하게 이동하는 경우는, 스위칭부(30)에 대해 먼저 식(2)에 도시한 정전력(Fs)과, 먼저 식(1)에 도시한 요크(50 및 52)의 탄성력(Fg)과, 또한, 공기의 저항력(Fa)이 주로 작용하여, 일점쇄선(91a)으로 도시하는 곡선을 그려서 이동한다.

이에 대해, 본 예의 광 스위칭 소자(1)에 있어서는, 공기의 저항력(Fa)이 상술한 바와 같이 삭감되기 때문에, 정전력(Fs)이 크게 스위칭부(30)에 작용한다. 그 결과, 실선(90a)으로 도시하는 바와 같이, 경과시간(T)이 ΔT1(t2-t1)정도로 단축되어, 스위칭부(30)의 이동속도, 즉 응답 속도가 향상된다.

도 19b는 제 2 위치로부터 제 1 위치, 즉, 오프상태로부터 온상태로 전환될 때의 스위칭부(30)의 이동경과를 도시하고 있다. 제 2 위치로부터 제 1 위치로 이동하는 사이는, 상술한 바와 같이 정전력(Fs)은 작용하지 않고, 스위칭부(30)에 대하여는 요크(50 및 52)의 탄성력(Fg)과, 공기저항(Fa)이 작용한다. 그리고, 스위칭부(30)의 방향을 제 1 방향(A)으로 유지한 채로 이동하는 경우는, 공기저항(Fa)이 크게 작용하여, 일점쇄선(91b)와 같이 스위칭부(30)가 이동한다. 이에 대해, 본 예의 광 스위칭 소자(1)에 있어서는, 공기저항(Fa)이 삭감되어 있기 때문에, 실선(90b)으로 도시하는 바와 같이 ΔT2(t5-t4)정도로 빠르게 이동할 수 있다. 따라서, 본 예의 광 스위칭 소자(1)는, 온으로부터 오프로 이동하는 속도도, 오프로부터 온으로 이동하는 속도도 빠르게 되어, 전체의 응답 속도를 향상할 수 있다.

이와 같이, 스위칭부(30)를 제 1 위치로부터 제 2 위치, 또는 그 역방향으로 이동할 때에, 추출면(32)의 방향을 경사지게 함으로써 공기저항을 작게 하여, 응답 속도를 빠르게 할 수 있다. 스위칭부(30)를 경사지게 하여 이동하기 위해서는, 상기한 바와 같이, 스위칭부(30)의 중심(14b)에 대해 비대칭인 분포의 구동력을 작용시키면 좋고, 이 때문에, 상기에서는 중심(14b)을 통과하는 입체 중심선(14)에 대한 좌우에 위치하는 요크(50 및 52)의 폭을 변경하여 각각의 요크의 스프링 계수를 변경하며, 스위칭부(30)에 요크(50 및 52)로부터 인가되는 좌우의 탄성력의 분포를 비대칭으로 하고 있다. 요크의 스프링 계수를 변경하는 요소는 요크의 폭(W)만큼으로 한정되지 않는 것은 물론이다. 예를 들면, 도 20에 요크(50 및 52)의 두께(U)를 변경하여, 스프링 계수를 조정할 수 있다. 도 20에 도시한 예에서는 입체 중심선(14)의 좌측 구획(12a)에 위치하는 요크(50)의 두께(U)를 오른쪽 구획(12b)에 위치하는 요크(52)의 두께(U)보다 얇게 하고 있으며, 상기의 예와 마찬가지로 요크(50)의 스프링 계수가 요크(52)의 스프링 계수보다도 작게 되도록 하고 있다. 따라서, 도 20에 도시한 광 스위칭 소자(1)에 있어서도, 스위칭부(30)는 상기와 같이 작용하며, 응답 속도를 빠르게 할 수 있다.

또한, 상기에서는 요크(50 및 52)의 폭(W) 또는 두께(U)에 의해서 요크의 단면적을 변경함에 따라 각각의 요크(50 및 52)의 스프링 계수를 변경하고 있지만, 도 21에 도시하는 바와 같이 요크(50 및 52)의 재질을 변경하여 스프링 계수를 변경하는 것도 가능하다. 도 21에 도시한 광 스위칭 소자(1)에 있어서는, 좌측 구획(12a)에 위치하는 요크(50)와, 오른쪽 구획(12b)에 위치하는 요크(52)에 스프링 계수의 다른 재질, 예를 들면, 붕소 도프된 실리콘막이면, 붕소의 농도를 변경하거나, 또는 다른 불순물을 도프하는 것에 의하여 스프링 계수를 변경한 부재를 사용하고 있다. 물론, 실리콘막 대신에, 유기성 수지의 박막 등을 스프링 계수가 다른 요크의 재료로서 채용하는 것도 가능하다.

또한, 도 22에 도시하는 바와 같이, 한편의 요크에 재질과 같은 박막, 또는 재질이 다른 박막을 접착하는 것에 따라서도 좌우의 요크(50 및 52)의 스프링 계수를 변경할 수 있다. 도 22에 도시한 광 스위칭 소자(1)에 있어서는, 오른쪽 구획(12b)에 위치하는 요크(52)를 재질이 다른 2개의 층(52a 및 52b)에 의해서 형성하고 있으며, 다른쪽 구획(12a)에 위치하는 요크(50)는 1개의 재질에 의해서 형성하고 있다. 이러한 방법에 의해서도 좌우에 배치된 요크(50 및 52)의 스프링 계수를 조정하는 것이 가능하고, 상술한 바와 같이, 스위칭부(30)를 경사진 상태로 이동시킬 수 있다.

또한, 상기에서는 요크(50 및 52)의 스프링 계수를 변경하는 것에 의해, 스위칭부(30)에 인가되는 탄성력의 분포를 비대칭으로 하고 있지만, 요크(50 및 52)의 배치를 좌우로 변경하여, 스위칭부(30)의 중심(14b) 주위의 스프링 상수의 분포를 비대칭으로 하는 것도 가능하다.

도 23은 먼저 설명한 도 17에 대응하는 도면으로서, 본 예의 광 스위칭 소자(1)에 있어서는, 입체 중심선(14)의 좌측 구획(12a)에 1개의 요크(50)를 배치하여, 오른쪽 구획(12b)에 2개의 요크(52)를 배치하고 있다. 이러한 요크(50 및 52)의 배치를 채용하면, 오른쪽 구획(12b)쪽이 요크(52)의 개수가 많으며, 탄성력이 커진다. 따라서, 좌우 탄성력의 분포가 언밸런스하게 되기 때문에, 상술한 예와 마찬가지로 스위칭부(30)는 제 1 위치의 방향(제 1 방향)에 대해 경사진 상태로 이동하여, 공기 저항을 작게 할 수 있다.

도 24에는, 입체 중심선(14)의 좌측 구획(12a)에는 요크를 배치하지 않고, 오른쪽 구획(12b)에만 요크(52)를 배치하여 스위칭부(30)를 지지한 예를 도시하고 있다. 이 광 스위칭 소자(1)에 있어서는, 스위칭부(30)가 오른쪽 구획(12b)에서만 탄성적으로 지지되기 때문에, 입체 중심선(14)에 대해 비대칭인 구동력이 스위칭부(30)에 작용한다. 따라서, 상기와 마찬가지로 이동의 초기, 사이 및 말기에서 스위칭부(30)는 경사진 상태가 되어, 이동중의 공기저항을 삭감할 수 있으므로, 응답 속도가 빠른 광 스위칭 소자(1)를 제공할 수 있다.

이 도 24에서는 입체 중심으로 대해 한쪽 구획(12b)에만 요크를 배치하고 있지만, 요크(50 또는 52)의 개수, 형상 및 재질 등은 상기로서 사용하여 설명한 것에 한정되는 것은 아니라, 예를 들면 1개의 요크로 스위칭부(30)를 지지하는 것도 가능하다. 도 25 및 도 26은 그 일례로서, 도 24와는 반대측 구획(12a)에 설치된 1개의 요크(50)에 의해서 스위칭부(30)가 지지되어 있다. 이러한 예에서도, 입체 중심선(14)에 대해 비대칭인 구동력이 작용하여, 스위칭부(30)는 이동중에 경사진 상태가 된다.

또한, 상기에 있어서는, 도 16b 또는 도 18d에 도시하는 바와 같이, 스위칭부(30)가 전극(60)에 가장 근접한 제 2 위치에 있어서 전극(62)과 전극(60)이 평행하게 되어, 추출면(32)이 제 1 위치의 방향(A)와 거의 같은 방향을 향하여 정지하는 예를 도시하고 있다. 그러나, 제 2 위치에 있어서 추출면(32)이 제 1 방향(A)에 대해 경사진 상태로 하는 것도 유효하다.

도 27은 스위칭부(30)가 이동말기에 경사진 상태로 되어, 그대로의 상태로 요크(52)의 탄성력(Fg)과, 전극(62 및 60)에 의해서 발생하는 정전력(Fs)가 적합하게 정지하는 예를 도시하고 있다. 즉, 본 예의 광 스위칭 소자(1)의 요크(50 및 52)는 좌측 구획(12a)의 요크(50)의 스프링 계수가, 오른쪽 구획(12b)의 요크(52)의 스프링 계수보다도 작고, 정전력(Fs)이 작용하였을 때에, 좌측 구획(12a)에서는 스위칭부(30)의 전극(62)이 전극(60)의 부근에 도달하여 스토퍼(65)에서 정지하고 있는 데 대하여, 오른쪽 구획(12b)에서는 전극(62)이 전극(60)의 부근에 도달하지 않은 곳에서 힘이 적합하다. 따라서, 스위칭부(30)는 경사진 상태로 정지하고 있다.

이러한 경사진 상태로 정지하고 있으면, 이동말기에 경사진 상태로부터 전극(62)이 전극(60)과 평행한 위치가 될 때까지 이동하는 시간을 생략할 수 있으며, 또한, 반대로 이동초기에 전극(62)이 전극(60)으로부터 경사진 상태로 박리하는 시간도 생략할 수 있다. 또한, 제 2 위치에서는, 추출면(32)의 방향이 전반사면(22)과 평행할 필요는 없고, 광 스위칭 소자(공간 광변조장치)로서의 성능상에는 전혀 문제가 없다. 그리고, 스위칭부(30)는 이동을 개시하면 이미 경사진 상태로 되기 때문에, 공기저항을 적게 할 수 있어서 고속으로 이동할 수 있다. 이와 같이, 제 2 위치에 있어서 스위칭부(30)를 경사진 상태로 하면, 이동중의 공기저항을 삭감할 수 있음과 동시에, 스위칭부(30)의 자세를 변경하는 시간도 생략하는 것이 가능하고, 또한 응답 시간을 단축하여, 매우 고속으로 동작 가능한 광 스위칭 소자를 제공할 수 있다.

도 28에 도시한 광 스위칭 소자(1)도, 제 2 위치에 있어서 스위칭부(30)가 경사진 상태로 정지하도록 이루어져 있다. 이 때문에, 본 예의 광 스위칭 소자에 있어서는, 제 2 위치로 스위칭부(30)를 지지하는 좌우의 스토퍼(65a 및 65b)의 높이를 변경하여, 스위칭부(30)의 입체 중심선(14)의 좌우로 스위칭부(30)의 이동 가능한 간격을 비대칭으로 하고 있다. 이와 같이 높이가 다른 스토퍼(65a 및 65b)를 설치함으로써, 스위칭부(30)의 전극(62)의 오른쪽 부분은, 먼저 스토퍼(65b)에 닿아서 정지하여, 경사진 상태로 된다. 따라서, 요크(50 및 52) 또는 전극(62 및 60)이 좌우대칭인 분포로 되어있어도 제 2 위치에서는 스위칭부(30)는 경사진 상태로 되어, 이 상태로부터 이동개시할 때, 또는 이 상태로 정지하는 이동말기에서의 공기의 저항을 적게 할 수 있다. 따라서, 스위칭부(30)의 이동시간을 단축할 수 있으며, 응답 속도가 빠른 광 스위칭 소자를 제공할 수 있다. 또한, 상기에 도시한 예에서도 마찬가지이지만, 이들의 스토퍼(65a 또는 65b)는 스위칭부의 전극(62)이 기판의 전극(60)에 직접 접촉하는 것을 방지하게 되어, 각각의 전극이 접촉하여 단락하거나, 또는, 전하에 의한 흡착이 발생하여 떨어지지 않게 되는 것을 방지하는 기능도 구비하고 있다.

도 29에는 기판의 전극(60)의 한편 측에만 스토퍼(65c)를 설치한 광 스위칭 소자(1)를 도시하고 있다. 상기한 바와 같이, 스토퍼(65)의 높이를 스위칭부(30)의 중심(입체 중심선)의 좌우로 비대칭으로 하는 대신에, 스토퍼(65)의 배치를 입체 중심선(14)의 좌우에서 비대칭으로 함으로써도, 제 2 위치에서 스위칭부(30)를 경사진 상태로 정지할 수 있다. 스토퍼(65)의 분포를 비대칭으로 하는 경우는, 전극(62)과 전극(60)이 접촉할 가능성이 있기 때문에, 본 예에 있어서는, 전극(62)의 외면을 절연부재의 층(69)으로 코팅하여 전극(62)과 전극(60)이 직접 접촉하는 것이 없도록 하고 있다.

(제 4 실시 형태)

이상의 예에서는, 스위칭부(30)에 대하여, 그 중심에 대해 비대칭인 구동력을 작용시켜, 스위칭부(30)를 기울인 상태로 이동하기 위해서, 요크(50 또는 52)의 스프링 계수, 배치등을 변경하여 중심에 대한 탄성력의 분포를 제어하고 있지만, 반대로 스위칭부(30)의 중심(14b)의 위치를 비대칭인 위치로 이동함으로써 중심(14b) 주위의 구동력의 분포를 비대칭으로 하는 것도 가능하다.

도 30에, 스위칭부(30)의 입체 중심선(14)의 좌측 구획(12a)에 추(밸런서)(31)를 추설하여 중심(14b)를 좌측 구획(12a)에 이설한 광 스위칭 소자(1)를 도시하고 있다. 본 예의 광 스위칭 소자(1)에 있어서는, 중심(14b)이 체심(14a)를 통과하는 입체 중심선(14)으로부터 좌측으로 어긋나 있기 때문에, 좌우 구획(12a 및 12b)의 질량이 다르다. 따라서, 스위칭부(30)가 연직방향으로 이동하도록 배치되는 것이면, 이 좌우 구획(12a 및 12b)의 질량의 상위는, 중력가속도의 상위, 즉 중량상위로서 작용한다. 이 때문에, 좌우 구획(12a 및 12b)에 같은 탄성력(Fe) 및 정전력(Fs)이 작용하더라도 좌의 구획(12a)가 무겁기 때문에 상기의 실시 형태와 마찬가지로 스위칭부(30)는 경사져서 이동한다. 한편, 스위칭부(30)가 수평방향으로 이동하도록 배치되는 것이면, 탄성력(Fe) 및 정전력(Fs)의 작용하는 질량이 상위하기 때문에, 이동할 때의 가속도가 다르다. 따라서, 이 경우라도 스위칭부(30)는 경사진 상태로 이동한다.

이와 같이, 본 예의 광 스위칭 소자(1)에 있어서도, 스위칭부(30)는 이동초기, 이동중 및 이동말기에서 경사진 상태로 이동하기 때문에 스위칭부(30)의 주위의 유체(대부분은 공기이며, 물론 질소등의 불활성 기체라도 물론 됨)로부터 받는 저항력을 삭감할 수 있다. 따라서, 상기의 실시 형태와 마찬가지로 응답 속도의 더욱 빠른 광 스위칭 소자를 제공할 수 있다.

(제 5 실시 형태)

또한, 정전력(Fs)의 분포를 조정하여 스위칭부(30)에 대한 구동력의 분포를 중심(14b)에 대해 비대칭으로 하는 것도 가능하며, 이에 의해 스위칭부(30)를 경사지게 하여 이동시킬 수 있다. 정전력(Fs)은 먼저 식(2)으로 나타내는 바와 같이, 전극의 면적 및 전압(V)에 비례하여, 전극간의 거리의 자승에 반비례하기 때문에, 이들의 요소 어느 것인가에 대해, 그 중심(14b)의 주위 분포를 비대칭으로 하는 것에 의해 비대칭인 정전력을 얻을 수 있다.

도 31는 먼저 도시한 도 17에 대응하는 도면으로서, 스위칭부(30)의 하면(37)에 설치된 전극(62)의 형상을 입체 중심선(14)의 좌우에서 언밸런스 중심(14b)에 대해 비대칭인 정전력(Fs)이 얻어지도록 하고 있다. 즉, 본 예의 전극(62)은 좌측 구획(12a)의 면적이 오른쪽 구획(12b)의 면적에 대해 넓은 거의 사다리꼴 형상으로 되어 있다. 따라서, 좌측 구획(12a)에서 발생하는 정전력이 오른쪽 구획(12b)에서 발생하는 정전력보다 크다. 이 때문에, 스위칭부(30)를 정전력을 사용하여 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동할 때에 정전력의 큰 좌측 구획(12a)이 먼저 이동을 개시하여, 그 결과, 스위칭부(30)는 상기의 실시 형태와 마찬가지로 경사진 상태로 이동한다. 한편, 제 2 위치로부터 제 1 위치로 이동할 때는, 본 예의 광 스위칭 소자(1)로서는 정전력이 작용하지 않기 때문에 요크(50 및 52)에 의한 탄성력이 좌우 구획으로 일정하다고 하면 거의 평행한 상태로 스위칭부(30)는 이동한다.

또한, 스위칭부의 전극(62)의 형상이 스위칭부(30)의 저면(37)의 형상에 일치하지 않으면, 전극(62)에 대해 전력을 공급하는 역할을 겸비한 요크(50 및 52)와의 전기적인 접속을 취하기 어렵게 된다. 이 때문에, 본 예에 있어서는, 스위칭부(30)의 저면(37)의 테두리에 따라서 접속용의 전극(62t)을 설치하여 전극(62)과 요크(52)를 전기적으로 접속하고 있다.

도 32에 입체 중심선(14)의 좌우 구획(12a 및 12b)에서 전극(62)의 면적을 변경한 다른 예를 도시하고 있다. 본 예의 광 스위칭 소자(1)에 있어서는, 스위칭부의 전극(62)이 거의 T자형으로 이루어져 있고, 좌측 구획(12a)에 저면(37)보다 약간 큰 거의 직사각형상의 전극(62a)이 설치되어, 이것에 접속하도록, 오른쪽 구획(12b)에는 그 거의 중앙에 좌측 전극(62a)의 반정도의 면적으로 사각형의 전극(62b)이 설치되어 있다. 본 예에 한정되지 않고, 전극(62)이 스위칭부(30)의 입체 중심선(14)에 대해 비대칭으로 면적이 다른 형상이면, 좌우 구획(12a 및 12b)에서 발생하는 정전력의 크기가 다르기 때문에, 상기한 바와 같이 스위칭부(30)를 경사진 상태로 구동할 수 있다. 따라서, 공기 저항이 적고, 응답 속도가 빠른 광 스위칭 소자를 제공할 수 있다. 물론, 스위칭부의 전극(62) 대신에, 기판의 전극(60)의 형상을 변경하는 것도 가능하며, 또는 양쪽 전극(62 및 60)의 형상을 비대칭으로 하여 정전력의 분포를 비대칭으로 하는 것도 가능하다.

도 33에 전극(62) 또는 전극(60)의 형상을 비대칭으로 하는 대신에, 전극(62) 및 전극(60)과의 간격(d)를 입체 중심선(14)에 대해 비대칭으로 한 예를 도시하고 있다. 본 예의 광 스위칭 소자(1)에 있어서는, 좌측 구획(12a)의 전극(62a)의 두께에 대하여, 오른쪽 구획(12b)의 전극(62b)의 두께가 커지고 있다. 따라서, 스위칭부(30)가 온상태의 제 1 위치에 있을 때는, 오른쪽 구획(12b)의 전극(62b)과 전극(60)의 간격(d)이, 좌측 구획(12a)의 간격(d)보다도 좁게 되어 있다. 이 때문에, 전극(62) 및 전극(60)에 전력이 공급되면, 오른쪽 구획(12b)의 정전력쪽이 좌측 구획(12a)의 정전력보다도 커진다. 따라서, 본 예의 광 스위칭 소자에 있어서는, 스위칭부(30)가 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동할 때는, 상기의 실시 형태와 다르고, 오른쪽 구획(12b)의 측에서 박리하여 경사진 상태로 이동을 개시한다.

한편, 제 2 위치에 도달한 이동말기에서는, 두께가 큰 오른쪽 전극(62b)쪽이 먼저 전극(60)에 닿거나, 다음에 좌측 전극(62a)이 전극(60)에 닿아서 정지한다. 이 때문에, 이동개시 때와는 다른 방향으로 경사져서 스위칭부(30)는 정지한다. 또한, 이 제 2 위치로부터 제 1 위치로 이동할 때는, 정전력이 꺼지기 때문에, 요크(50 및 52)의 탄성력에 의해서 스위칭부(30)가 이동한다. 이때, 제 2 위치에 있어서 스위칭부(30)는 경사진 상태로 되기 때문에, 이동초기 및 이동중도 경사진 채로 되며, 또한, 제 1 위치에 도달하면, 스위칭부(30)의 추출면(32)이 도광부(20)의 전반사면(22)에 닿는다. 이 때문에, 추출면(32)의 방향은 경사진 상태로부터 전반사면(22)에 밀착하는 방향으로 방향을 변경하여, 온상태가 된다.

이와 같이, 본 예의 광 스위칭 소자(1)는 이동초기, 이동중 및 이동말기에서 경사진 상태로 되며, 또한, 제 2 위치에 있어서도 경사진 상태로 정지한다. 따라서, 이동속도가 빠르고, 온 오프의 이동 기간도 짧게 되어, 응답 속도가 빠른 광 스위칭 소자를 제공할 수 있다.

또한, 본 예에서는, 전극(62)의 두께를 좌우로 변경시켜, 전극(62)이 전극(60)에 닿아서 정지하도록 하고 있다. 이 때문에, 즉시 전극(62)과 전극(60)이 접촉하면 단락등의 문제가 있기 때문에, 전극(62)을 절연부재(69)로 코팅하여 즉시 접촉하는 것을 방지하고 있다.

도 34에, 스위칭부의 전극(62) 대신에, 기판의 전극(60)의 두께를 변경한 예를 도시하고 있다. 본 예의 광 스위칭 소자(1)에 있어서는, 입체 중심선(14)의 좌측 구획(12a)의 전극(60a)의 두께에 대하여, 오른쪽 구획(12b)의 전극(60b)의 두께를 크게하고 있다. 따라서, 도 16에 근거하여 설명한 예와 마찬가지로, 스위칭부(30)가 제 1 위치에 있을 때는, 오른쪽 구획(12b)의 전극(60)과 전극(62)의 간격(d)이 좌측 구획(12a)보다도 짧게 되어, 보다 큰 정전력이 발생한다. 이 때문에, 상기의 예와 같이 스위칭부(30)는 경사져서 이동을 개시한다.

한편, 제 2 위치에서 스위칭부(30)가 정지할 때는 도 34에 도시하고 있는 바와 같이, 전극(60)의 높이가 좌우에서 다르기 때문에, 이 전극(60)에 스위칭부(30)가 닿아서 경사진 상태로 정지한다. 이 때문에, 제 2 위치로부터 제 1 위치에 이동할 때는, 본 예라도 스위칭부(30)는 경사진 상태로 이동하여, 어느 쪽의 방향에서도 공기에 의한 저항을 삭감하여 응답 속도를 개선할 수 있다.

(제 6 실시 형태)

상기 예에서는, 전극(62 및 60)의 면적 또는 간격을 변경하여 정전력의 분포를 비대칭으로 하고 있지만, 또한, 정전력을 인가하는 타이밍을 변경하는 것에 의해, 스위칭부(30)의 중심에 대해 비대칭인 분포를 가진 구동력을 작용시킬 수 있다.

도 35에, 입체 중심선(14)의 좌우 구획(12a 및 12b)에서 정전력을 인가하는 타이밍을 변경되도록 스위칭부(30)의 전극(62)을 좌우(62a 및 62b)로 분할한 광 스위칭 소자(1)를 도시하고 있다. 본 예에 있어서는, 전극(62)이 입체 중심선(14)에 따라 2개의 전극(62a 및 62b)으로 분할되어 있고, 여기의 전극(62a 및 62b)은 입체 중심선(14)에 대해 대칭인 형상으로 되어 있다. 따라서, 여기의 전극(62a 및 42b)에 각각의 타이밍으로 전력을 공급함으로써, 입체 중심선(14)에 대해 비대칭인 분포를 갖는 구동력을 스위칭부(30)에 작용시킬 수 있다.

도 36 및 도 37에, 본 예의 광 스위칭 소자(1)의 동작을 도시하고 있다. 또한, 도 38에 각각의 전극(62a 및 62b)에 전력을 공급하는 전원부(61a 및 61b)의 동작(제어)을 타이밍 챠트를 사용하여 도시하고 있다. 우선, 도 36a에 도시하는 바와 같이, 좌우의 전극(62a 및 62b)에 전원부(61a 및 61b)에서 전력이 공급되어 있을 때는, 구동부(40)의 요크(50 및 52)에 의해서 스위칭부(30)는 추출면(32)이 전반사면(22)에 밀착한 온상태(제 1 위치)로 되어 있다.

다음에, 시각(t31)에 전원부(61a)의 스위치가 가해져서, 좌측 구획(12a)의 전극(62a)에 전력이 공급되면, 좌측 구획(12a)에서는 정전력이 작용한다. 시각(t12)에 정전력이 적당한 힘에 도달하면, 도 36b에 도시하는 바와 같이, 스위칭부(30)는 경사진 상태로 이동을 개시하여, 추출면(32)이 전반사면(22)에 대해 경사지게 되어 간격(공간)(17)이 형성되어 오프상태가 된다. 이 공간(17)은 서서히 커지기 때문에 공기(16)가 자연스럽게 유입하여, 공기 저항이 적은 상태로 스위칭부(30)의 이동이 빠르게 진행된다.

시각(t31)으로부터 시간(t10)만큼 늦은 시각(t33)으로 오른쪽 구획(12b)의 전극(62b)에 전력을 공급하는 전원부(61b)가 온되면, 오른쪽 구획(12b)이라도 정전력이 스위칭부(30)에 작용한다. 이 결과, 도 37a에 도시하는 바와 같이, 스위칭부(30)는 적당한 각도로 경사진 상태로 오른쪽 부분에도 박리력이 작용하여, 각도를 유지한 상태로 제 2 위치를 향하여 이동한다. 이 이동중에도 스위칭부(30)는 이동방향에 대해 경사진 상태로 되어 있기 때문에, 공기 저항은 적고, 고속으로 이동할 수 있다. 또는, 소정을 응답 속도를 얻기 위해서 필요한 정전력이 작아도 되기 때문에, 광 스위칭 소자(1)를 구동하기 위해서 필요한 전력소비를 적게 할 수 있다고 하는 효과도 있다.

도 37b에 도시하는 바와 같이, 스위칭부(30)가 전극(60)에 접근하여 정지하는 제 2 위치에 도달하면, 도 37a로부터 도 37b로 이행하는 이동말기에서 스위칭부(30)가 경사진 상태로부터 거의 평행한 상태가 되어, 전극(60)과 전극(62)과의 사이의 공기도 자연스럽게 배출된다. 이와 같이, 본 예의 광 스위칭 소자(1)에 있어서도, 이동초기, 이동중 및 이동말기에서 스위칭부(30)가 경사진 상태로 되기 때문에, 응답 속도를 더욱 향상할 수 있고, 또는, 광 스위칭 소자의 구동전력을 저감하는 것도 가능해진다.

스위칭부(30)가 제 2 위치로부터 제 1 위치로 이동할 때도, 시각(t14)에 오른쪽 구획(12b)의 전극(62b)에 대한 전력공급을 차단하면, 오른쪽 구획(12b)의 정전력이 없어지기 때문에, 요크(52)의 탄성력에 의해서 스위칭부(30)가 경사진 상태로 이동을 개시한다. 그리고, 그 다음에 시각(t11) 늦은 시각(t35)에 좌측 구획(12a)의 전극(62a)에 대한 전력공급도 차단하면, 스위칭부(30)는 적당한 각도에 경사진 상태로 제 2 위치로부터 제 1 위치로 이동한다. 그리고, 시각(t36)에 스위칭부(30)가 제 1 위치에 도달하여, 추출면(32)이 전반사면(22)에 평행하고 밀착한 상태가 되면, 본 예의 광 스위칭 소자(1)는 입사광을 출사광으로서 변조하여 출력하는 온상태가 된다.

이와 같이, 본 예, 및 상기의 실시 형태로 설명한 광 스위칭 소자(1)는 온으로부터 오프, 그리고 오프로부터 온과 공기중 또는 불활성 가스중등의 유체중에서 고속으로 움직이는 것이 가능하고, 진공으로 하지 않더라도 응답 속도가 빠르며, 또는 저소비 전력의 공간 광변조 장치가 실현된다.

도 39 및 도 40는 기판의 전극(60)을 좌우로 분할한 예를 도시하고 있다. 또한, 이들의 좌우로 분할한 전극(60a 및 60b)에 대하여, 타이밍 및 전압(V)를 변경하여 전력을 공급하는 모양을 도 41의 타이밍 챠트를 사용하여 도시하고 있다. 도 39a에 도시하는 바와 같이, 본 예의 광 스위칭 소자(1)에 있어서는, 전극(60)이 입체 중심선(14)의 좌우 구획(12a 및 12b)의 전극(60a 및 46b)으로 분리되어, 서로 절연되어 있고, 전원부(61)로부터 개별적으로 제어함으로써 양쪽의 구획(12a 및 12b)에서 발생하는 정전력을 제어할 수 있도록 되어 있다. 이 때문에, 전원부(61)는 좌측 전극(60a)에 접속되어 있는 전원 유닛(61a)과, 오른쪽 전극(60b)에 접속되어 있는 전원 유닛(61b)을 구비하고 있으며, 또한, 이들의 전원 유닛(61a 및 61b)에서 각각의 전극(60a 및 60b)에 공급되는 전압을 제어할 수 있는 컨트롤 유닛(61c)을 구비하고 있다. 본 예의 광 스위칭 소자(1)도 상기의 예와 마찬가지로, 전극(62 및 60)에 전력이 공급되지 않은 상태에서는, 요크(50 및 52)의 탄성력에 의해서 스위칭부(30)는 제 1 위치에 있어, 온상태로 되고 있다.

시각(t41)에 전원 유닛(61a)에서 좌측 전극(60a)에 전압(V1)의 전력이 공급되어, 전원 유닛(61b)에서 오른쪽 전극(60b)에 전압(V2)의 전력이 공급된다. 이 때, 좌측 전극(60a)에 공급되는 전압(V1)의 값을, 오른쪽 전극(60b)에 공급되는 전압(V2)보다도 높게 설정해 둠으로서, 스위칭부(30)의 좌측 구획(12a)에서 오른쪽 구획(12b)보다도 큰 정전력이 작용한다. 그 결과, 스위칭부(30)의 중심(14b)에 대해 좌우로 비대칭인 구동력이 작용하기 때문에, 도 39b에 도시하는 바와 같이, 스위칭부(30)가 회전하면서 이동을 개시하여, 추출면(32)이 경사지면서 좌측 구획(12a)의 측에서 벗겨지기 시작한다. 따라서, 본 예의 광 스위칭 소자(1)에 있어서도 상기의 각 실시 형태와 마찬가지로 공기 저항이 적고, 자연스럽게 스위칭부(30)를 이동시킬 수 있다.

또한, 시각(t42)에, 컨트롤 유닛(61c)에 의해, 전원 유닛(61a 및 61b)에서 좌우의 전극(60a 및 60b)에 거의 같은 전압(V3)의 전력을 공급하도록 하면, 도 40a에 도시하는 바와 같이, 적당한 각도까지 스위칭부(30)가 회전한 상태로 스위칭부(30)가 제 2 위치까지 이동한다. 그리고, 도 40b에 도시하는 바와 같이 전극(62)이 스토퍼(65e)에 닿거나, 제 2 위치에 정지한다. 이 이동말기에서도, 상기의 각 실시 형태와 마찬가지로 스위칭부(30)는 경사진 상태로부터 평행한 상태로 회전하여, 그 사이의 공간의 공기를 빠르게 배출하여 정지한다. 또한, 본 예의 광 스위칭 소자(1)에 있어서는, 기판의 전극(60a 및 60b)는 스토퍼로 되는 부분(65e)이 돌출한 비평탄한 형상으로 가공되어 있고, 스위칭부의 전극(62)이 기판의 전극(60a 또는 60b)에 밀착하지 않도록 이루어져 있다.

또한, 스위칭부(30)를 제 2 위치로부터 제 1 위치로 이동할 때는, 도 41에 도시되는 바와 같이 시각(t43)에 오른쪽의 베이스 전극(60b)에 대한 전력 공급을 차단하여, 좌측의 베이스 전극(60a)에 대한 전력을 서서히 저하시킬 수 있다. 이에 의해, 오른쪽 구획(12b)에서는, 요크(52)의 탄성력에 의해서 스위칭부(30)가 즉시 이동을 개시하여, 이에 대해, 좌측 구획(12a)에서는, 베이스 전극(60a)와 전극(62)과의 사이에 정전력이 작용하여, 서서히 그 힘이 저하해 가게 된다. 따라서, 스위칭부(30)는 제 2 위치로부터 이동을 개시할 때도 적당한 각도까지 회전하여, 경사진 상태가 된 후에 제 1 위치를 향하여 이동한다. 따라서, 제 2 위치로부터 제 1 위치에 이동할 때도, 공기저항이 저감되어, 고속으로 스위칭부(30)를 움직일 수 있다.

이상으로 설명한 광 스위칭 소자(1)는 입사광을 온 오프제어 가능한 공간 광변조 장치로서의 기능을 구비하고 있으며, 이들의 광 스위칭 소자(1)를 단체로 이용하는 것은 물론 가능하고, 또한 어레이상으로 배치하여 화상 표시 장치는 물론, 광통신, 광연산, 광기록 등이 다종 다양한 분야에 응용할 수 있다. 그리고, 스위칭부를 이동할 때에 온상태의 방향으로부터 경사진 것에 의해, 스위칭부의 주위의 유체로부터 받는 저항을 대폭 저감할 수 있다. 이 때문에, 통상의 공기중 또는 불활성 가스중등의 분위기에서 본 발명의 공간 광변조 장치는 사용하는 것이 가능하며, 고속동작이 가능하고, 응답 속도가 빠르며, 또한 신뢰성이 높은 공간 광변조 장치를 얻을 수 있다. 또한, 반대로, 유체의 저항을 작게 할 수 있기 때문에, 공간 광변조 장치를 구동하기 위한 전력소비를 저감할 수 있다.

또한, 이러한 자세제어는, 에버네슨트파를 이용한 광 스위칭 소자에 한정되지 않고, 스위칭부의 추출면에 변하는 평면요소를 움직이는 것에 의해 간섭 특성을 변화시켜 입사광을 변조하거나, 편광방향 또는 반사광의 위상을 변화시키는 등의 여러가지 타입의 공간 광변조 장치에 적용할 수 있다.

또한, 이상의 예로에는 박막재로 이루어지는 요크를 탄성재로서 사용한 예를 설명하고 있지만, 물론, 코일 스프링 등의 다른 형상의 탄성재를 채용하는 것도 가능하다. 또한, 구동부로서 탄성적으로 지지하는 지지 부재(요크 또는 스프링 부재)와 정전 구동 수단과의 조합으로 설명하고 있지만, 이들 외에, 스위칭부를 구동하는 동력으로 피에조 소자등의 압전소자를 구동원으로서 사용하는 것도 가능하다. 도 42에, 피에조 소자(99)를 사용한 예를 도시하고 있다. 이 광 스위칭 소자(1)에서는 광 스위칭부(30)로서 마이크로 프리즘 대신에 복수의 반사체를 포함한 반사형의 출사체(36)를 채용하고 있다. 따라서, 온상태로 추출면(32)에 의해서 받아들인 에버네슨트 광은 출사체(36)으로 도광부(20)측에 적절한 각도로 산란되어, 넓은 시야각으로 보이는 화상을 형성할 수 있다.

또한, 본 예의 광 스위칭 소자(1)에서는 스위칭부(30)를 구동하는 구동부로서 정전력 대신에 피에조 소자(99)에 의한 전기 일그러짐(electrostriction)력을 사용하고 있다. 본 예의 피에조 소자(99)는 분극방향이 다른 2층을 적층한 바이몰프 타입으로서, 전력을 주면 만곡한 상태로부터 직선상태에 연장되어 스프링 부재인 요크(50)를 잡아 당겨서, 광 스위칭 소자(1)를 오프 상태로 할 수 있도록 되어 있다. 한편, 전력을 주지 않으면 만곡한 탄성력이 있는 상태로 되어, 요크(50)의 탄성력과 같이 적당한 힘으로 광 스위칭부(30)를 도광부(20)를 향하여 가압하며, 콘트라스트가 높은 광 스위칭 소자가 실현되도록 이루어져 있다.

또한, 본 발명에 따른 광 스위칭 소자(1)는 도광부(20), 스위칭부(30) 및 구동부(40)가 계층 구조를 이루고 있기 때문에, 상술한 각각의 실시 형태에 관계되는 광 스위칭부(30) 또는 구동부(40)를 자유롭게 조합하여 용도에 알맞은 광 스위칭 소자(1)를 구성할 수 있다. 또한, 본 발명의 광 스위칭 소자는 화상 표시 장치에 한정되는 것이 아니라, 광 프린터의 라인형상 라이트 밸브, 삼차원 홀로그램 메모리용의 광공간 변조기등 그 응용범위는 매우 광범위하며, 종래의 액정을 사용한 광 스위칭 소자가 적용되어 있는 분야는 물론, 액정을 사용한 광 스위칭 소자로서는 동작속도나 광강도가 부족한 분야 및 응용기기에 대하여, 본 발명의 광 스위칭 소자는 특히 적합한다. 또한, 본 발명의 광 스위칭 소자는 미세 가공이 가능하기 때문에, 종래 액정의 광 스위칭 소자보다도 소형화, 박형화를 도모할 수 있으며, 고집적화하는 것도 가능하다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명의 광 스위칭 소자는 광을 전반사하여 전달 가능한 전반사면을 구비한 도광부에 추출면을 접하여, 전반사면에서 누출하는 에버네슨트 광을 포착하여 화상을 형성 가능하게 하는 것으로, 도광부, 반사형의 광 스위칭부 및 구동부를 출사 방향에 대해 이러한 순서로 적층함으로써, 추출한 광을 광 스위칭부에서 도광부의 방향으로 거의 수직하게 반사하여, 구동부에서의 광 손실이 없는 밝은 광 스위칭 소자를 제공할 수 있다. 또한, 이러한 적층구조를 채용함으로써, 도광부, 광 스위칭부 및 구동부 각각의 계층을 적합한 구조로 하는 것이 가능하며, 또한 기능 또는 구조가 다른 계층을 자유롭게 조합하는 것도 가능하다. 특히, 구동부에서 광 스위칭부의 위치 결정을 행하여, 또한 탄성체인 스프링 부재의 설치 스페이스를 설치함으로써, 도광부를 평탄한 부재로 하며, 또한, 광 스위칭부의 추출면의 면적을 크게할 수 있다. 따라서, 개구율이 큰 밝고 콘트라스트가 높은 광 스위칭 소자를 제공하는 것이 가능하게 되어, 본 발명의 광 스위칭 소자를 사용함으로써, 화질이 좋은 화상이 얻어지는 화상 표시 장치를 제공할 수 있다.

또한, 스위칭부를 온위치로 유지할 수 있는 적당한 범위의 바이어스 전압을 첨가함으로써, 스위칭부의 특성을 희생하는 일없이 구동 전압을 저감할 수 있다. 또한, 정전력을 주는 전극 페어를 2세트나 받음으로서, 구동 전압을 몇분의 1로부터 1자리수 적은 전압, 또는 그 이하의 전압으로 저감할 수 있다. 따라서, 고속으로 스위칭부를 움직일 수 있으며, 응답시간이 짧고, 응답 속도가 빠른 공간 광변조 장치로서, 저전압으로 구동할 수 있는 공간 광변조 장치 및 그 제어 방법을 제공할 수 있다.

이와 같이, 구동 전압을 대폭적으로 내릴 수 있기 때문에, 반도체 제어장치에 의해서 곧 스위칭 소자 또는 화상 표시 장치를 구동하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 이들의 스위칭 소자 또는 화상 표시 장치를 대폭적으로 비용을 내리는 것이 가능하게 된다. 또한, 구동 전압을 내릴 수 있기 때문에, 스위칭 소자 또는 화상 표시 장치의 소비전력도 대폭적으로 저감하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 본 발명에 의해 고속 응답특성에 우수한 에버네슨트파 등을 사용하여 스위칭 소자 또는 화상 표시 장치를 전지 등의 한정된 전력으로 구동할 수 있도록 할 수 있다. 이 때문에, 본 발명은 스위칭부의 위치를 움직여 광을 변조하는 에버네슨트파를 사용한 광 스위칭 소자를, 앞으로, 여러 분야에서 적용하기 때문에 매우 유용한 것이다.

또한, 평면 요소인 추출면의 방향을 제 1 위치에 있어서의 제 1 방향으로부터 경사진 상태로 함으로써, 스위칭부의 주위에 존재하는 공기 또는 불활성 가스 등의 유체로부터 받는 저항을 저감할 수 있다. 이 때문에, 스위칭부를 이동할 때의 항력가 감소하며, 정전력 등을 사용하여, 더욱 고속으로 스위칭부를 움직일 수 있어, 응답시간이 짧고, 응답 속도가 빠른 공간 광변조 장치를 제공할 수 있다. 또한, 항력이 저감되기 때문에, 한층 더 소비전력을 저감하는 것도 가능해진다. 그리고, 공기중 등이 일반적인 환경조건에서 응답 속도가 빠른 광 스위칭 소자를 제공할 수 있다.

본 발명의 광 스위칭 소자는, 고속 동작이 가능하고, 높은 콘트라스트가 얻어지기 때문에, 화상 표시 장치, 광 프린터의 라인형상 라이트 밸브, 삼차원 홀로그램 메모리용의 광공간 변조기등 그 응용범위는 매우 광범위하게 이용할 수 있다. 종래의 액정을 사용한 광 스위칭 소자가 적용되어 있는 분야는 물론, 액정을 사용한 광 스위칭 소자로서는 동작 속도나 광강도가 부족한 분야 및 응용기기에 대해 본 발명의 광 스위칭 소자는 특히 적합하다.

Claims

광을 전반사하여 전달 가능한 전반사면을 구비한 도광부와,

상기 전반사면으로부터 누출한 에버네슨트 광을 추출 가능한 투광성의 추출면을 구비하여, 추출한 광을 상기 도광부의 방향으로 반사 가능한 스위칭부와,

이 스위칭부를 상기 추출면이 에버네슨트 광을 추출 가능한 추출 거리 이하의 제 1 위치, 및 상기 추출 거리 이상으로 떨어진 제 2 위치로 이동 가능한 구동 수단을 가지고,

상기 도광부, 스위칭부 및 구동 수단이 광의 출사 방향에 대해 이 순서로 배치되어 있는 광 스위칭 소자.
제 1 항에 있어서, 상기 도광부, 스위칭부 및 구동 수단은 적층되어 있는 광 스위칭 소자.
제 1 항에 있어서, 상기 도광부는, 전반사면에 구조물이 없는 평탄한 패널 형상의 부재인 광 스위칭 소자.
제 1 항에 있어서, 상기 구동 수단은, IC 기판 상에 배치되어 있는 광 스위칭 소자.
제 1 항에 있어서, 상기 스위칭부는, 상기 추출면에 의해 추출된 광을 반사하는 마이크로 프리즘 또는 광산란성의 출사체를 구비하고 있는 광 스위칭 소자.
제 1 항에 있어서, 상기 구동 수단은, 상기 스위칭부를 탄성적으로 지지하는 지지 부재와,

상기 스위칭부를 적어도 1 세트의 전극 사이에서 움직이는 정전력에 의해 구동하는 정전 구동 수단을 구비하고 있는 광 스위칭 소자.
제 6 항에 있어서, 상기 지지 부재는, 상기 정전 구동 수단에 의한 정전력이 작용하지 않을 때에 상기 스위칭부를 상기 제 1 위치에서 상기 도광부를 향해 가압 가능한 광 스위칭 소자.
제 7 항에 있어서, 상기 지지 부재는, 상기 스위칭부가 상기 제 1 위치로 되었을 때에 휜 상태가 잔류하도록 설정된 스프링 부재인 광 스위칭 소자.
제 6 항에 있어서, 상기 스위칭부는 스페이서를 통해 상기 지지 부재로부터 지지되어 있고, 이 스페이서는, 상기 전극의 거리를 좁게 하는 기능과, 상기 지지 부재가 탄성 변형하는 스페이스를 확보하는 기능을 구비하고 있는 광 스위칭 소자.
제 9 항에 있어서, 상기 지지 부재는, 상기 스위칭부의 경계 부근의 지주부(支柱部)에서 일단이 지지되고, 타단이 상기 스위칭부에 연결된 판 형상의 스프링 부재이고,

상기 스페이서는 단면이 T 자형 또는 역사다리꼴 형상인 광 스위칭 소자.
제 10 항에 있어서, 상기 스프링 부재는, 상기 경계 부근에 슬릿 또는 구멍이 형성되어 있는 광 스위칭 소자.
제 10 항에 있어서, 상기 스프링 부재는, 상기 경계 부근에 설치된 지주에 상기 일단이 접속되어 있고, 상기 광 스위칭부로부터 방사상으로 연장된 폭이 좁은 판 형상인 광 스위칭 소자.
제 10 항에 있어서, 상기 스프링 부재는, 상기 경계에 따라 연장된 나선 형상의 부분을 구비한 판 형상인 광 스위칭 소자.
제 10 항에 있어서, 상기 스프링 부재는, 중앙 부근의 두께가 얇게 된 판 형상인 광 스위칭 소자.
제 10 항에 있어서, 상기 스프링 부재를 상기 도광부 측으로부터 지지하는 보조 지주부를 가지고, 또한,

상기 스프링 부재는, 상기 스위칭부 측을 대략 밀봉할 수 있는 판 형상이며, 상기 스위칭부측이 상기 구동 수단측보다 부압(負壓)으로 되어 있는 광 스위칭 소자.
제 10 항에 있어서, 상기 광 스위칭 소자의 내부가 밀봉된 공간으로 되어 있고, 구동 수단이 밀봉된 공간에 설치되어 있으며, 압력이 낮은 상태로 상기 스위칭부를 구동 가능한 광 스위칭 소자.
제 10 항에 있어서, 상기 지주부는 상기 경계 부근에 규칙적으로 또는 랜덤으로 배치되어 있는 광 스위칭 소자.
제 10 항에 있어서, 상기 스프링 부재는 도전성의 부재이고, 적어도 그 1부가 상기 정전 구동 수단의 전극을 겸하고 있는 광 스위칭 소자.
제 6 항에 있어서, 상기 정전 구동 수단에, 상기 스위칭부를 구동하는 구동 전압과, 이 구동 전압과 동일 극성으로, 정전력 또는 탄성력에 의해 적어도 상기 제 1 위치로 상기 스위칭부를 안정시켜서 유지하는 유지력을 확보 가능한 일정한 바이어스 전압을 인가 가능한 구동 제어 수단을 가진 광 스위칭 소자.
제 19 항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 위치중, 상기 구동 전압에 의해 유지력이 얻어진 위치에, 상기 전극 사이에 최소 갭을 확보하는 스토퍼가 설치되어 있고,

상기 구동 제어 수단은, 상기 스토퍼의 위치에서 상기 지지 부재의 탄성력에 도달하지 않은 전기 바이어스 전압을 인가하는 광 스위칭 소자.
제 19 항에 있어서, 상기 구동 제어 수단은, 주기적으로 상기 지지 부재의 상기 제 1 또는 제 2 위치에서의 탄성력보다도 작게 되는 상기 바이어스 전압을 인가하는 광 스위칭 소자.
제 21 항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 위치중, 상기 정전 구동 수단의 정전력에 의해 유지력이 얻어진 위치에, 상기 전극 사이에 최소 갭을 확보하는 스토퍼가 설치되어 있고,

상기 구동 제어 수단은, 주기적으로 상기 스토퍼의 위치에서 상기 지지 부재의 탄성력에 도달하지 않는 상기 바이어스 전압을 인가하는 광 스위칭 소자.
제 19 항에 있어서, 상기 스위칭부는, 상기 지지 부재에 의해 상기 제 2 위치로부터 제 1 위치로 이동하여, 상기 지지 부재의 탄성력에 의해 상기 제 1 위치에 유지되며,

상기 구동 제어 수단은, 상기 스위칭부를 상기 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동할 때에 상기 제 1 및 제 2 위치 사이에서만 안정 상태가 성립하지 않는 구동 전압을 상기 정전 구동 수단에 인가하는 광 스위칭 소자.
제 19 항에 있어서, 상기 지지 부재는 정전력이 작용하지 않을 때에 상기 스위칭부를 상기 제 1 및 제 2 위치의 거의 중간에서 지지 가능하고,

상기 정전 구동 수단은, 상기 스위칭부를 상기 제 1 위치에 유지하는 제 1 전극 페어와, 상기 제 2 위치에 유지하는 제 2 전극 페어를 구비하고 있으며,

상기 구동 제어 수단은, 상기 제 1 및 제 2 전극 페어에 교호로 구동 전압을 인가하는 광 스위칭 소자.
제 6 항에 있어서, 상기 지지 부재는, 탄성력에 의해 상기 제 2 위치로부터 제 1 위치로 이동 가능하게 함과 동시에 제 1 위치로 상기 스위칭부를 유지 가능하고,

상기 정전 구동 수단에, 상기 스위칭부를 상기 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동할 때에 상기 제 1 및 제 2 위치의 사이에서만 안정 상태가 성립하지 않는 구동 전압을 인가하는 구동 제어 수단을 가진 광 스위칭 소자.
제 6 항에 있어서, 상기 지지 부재는, 정전력이 작용하지 않을 때에 상기 스위칭부를 상기 제 1 및 제 2 위치의 거의 중간에서 지지 가능하고,

상기 정전 구동 수단은, 상기 스위칭부를 상기 제 1 위치에 유지하는 제 1 전극 페어와, 상기 제 2 위치에 유지하는 제 2 전극 페어를 구비하고 있으며,

이 정전 구동 수단의 상기 제 1 및 제 2 전극 페어에 교호로 구동 전압을 인가하여 공급하는 구동 제어 수단을 가진 광 스위칭 소자.
제 1 항에 있어서, 상기 구동 수단이, 상기 스위칭부의 추출면의 방향을, 이동 초기, 이동 중 또는 이동 말기에, 상기 제 1 위치에서 상기 추출면이 향하는 제 1 방향에 대해 경사진 광 스위칭 소자.
제 27 항에 있어서, 상기 구동 수단은, 상기 스위칭부에 대해, 그 중심에 대해 비대칭인 분포를 구비한 구동력을 인가 가능한 광 스위칭 소자.
제 28 항에 있어서, 상기 스위칭부의 중심이 상기 스위칭부의 입체 중심으로부터 어긋나 있는 광 스위칭 소자.
제 28 항에 있어서, 상기 구동 수단은, 상기 스위칭부를 탄성적으로 지지하는 지지 부재를 구비하고 있고, 이 지지 부재는 탄성 정수의 분포가 상기 스위칭부의 중심에 대해 비대칭으로 된 부분을 구비하고 있는 광 스위칭 소자.
제 28 항에 있어서, 상기 구동 수단은, 상기 스위칭부에 설치된 제 1 전극과, 이 제 1 전극에 대치하는 위치에 설치된 제 2 전극을 구비하고 있고, 상기 제 1 전극의 형상, 제 2 전극의 형상, 또는 제 1 및 제 2 전극의 간격이 상기 스위칭부의 중심에 대해 비대칭으로 된 부분을 구비하고 있는 광 스위칭 소자.
제 28 항에 있어서, 상기 구동 수단은, 상기 스위칭부에 설치된 제 1 전극과, 이 제 1 전극에 대치(對峙)하는 위치에 설치된 제 2 전극을 구비하고, 상기 제 1 또는 제 2 전극이 상기 스위칭부의 중심에 대해 비대칭인 형상의 제 1 및 제 2 구획을 형성하도록 분할되어 있고, 또한,

상기 제 1 및 제 2 구획에 다른 타이밍 또는 전압의 전력을 공급 가능한 구동 제어 수단 전력 공급부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광 스위칭 소자.
제 27 항에 있어서, 상기 스위칭부의 추출면은, 상기 제 2 위치에서 상기 제 1 방향에 대해 경사져 있는 광 스위칭 소자.
제 33 항에 있어서, 상기 구동 수단은, 상기 스위칭부를 탄성적으로 지지하는 지지 부재를 구비하고 있고, 이 지지 부재는, 탄성 정수의 분포가 상기 스위칭부의 중심에 대해 비대칭으로 된 부분을 구비하고 있는 광 스위칭 소자.
제 33 항에 있어서, 상기 구동 수단은, 상기 스위칭부에 설치된 제 1 전극과, 이 제 1 전극에 대치한 위치에 설치된 제 2 전극을 구비하고 있고, 상기 제 1 및 제 2 전극의 간격이 상기 스위칭부의 중심에 대해 비대칭으로 된 부분을 구비하고 있는 광 스위칭 소자.
제 33 항에 있어서, 상기 스위칭부가 상기 제 2 위치에서 접촉하는 지지대를 가지고, 이 지지대와 상기 스위칭부와의 간격이 상기 스위칭부의 중심에 대해 비대칭으로 된 부분을 구비하고 있는 광 스위칭 소자.
제 1 항에 기재의 광 스위칭 소자를 복수개 가지고, 이들의 광 스위칭 소자가 2차원적으로 배치되며, 상기 도광부는 백색 또는 3원색의 광이 전달 가능하도록 접속되어 있는 화상 표시 장치.
도입된 광을 전반사하여 전달 가능한 전반사면을 구비한 도광부의 상기 전반사면에 제 1 위치에서 접하여 전반사면으로부터 누출한 에버네슨트 광을 추출함과 동시에, 이 제 1 위치로부터 떨어진 제 2 위치로 이동 가능한 1 개 이상의 스위칭부와, 이 스위칭부를 탄성적으로 지지하는 지지 부재와, 상기 스위칭부를 적어도 1세트의 전극을 구비한 정전 구동 수단을 가지고, 이 정전 구동 수단에 의해 상기 스위칭부를 구동 가능한 광 스위칭 소자의 제어 방법으로서,

상기 정전 구동 수단에 대해, 상기 스위칭부를 구동하는 구동 전압과, 이 구동 전압과 동일 극성으로, 정전력 또는 탄성력에 의해 적어도 상기 제 1 위치에 상기 스위칭부를 안정시켜서 유지하는 유지력을 확보 가능한 일정한 바이어스 전압을 인가하는 제어 공정을 가진 광 스위칭 소자의 제어 방법.
제 38 항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 위치 중, 상기 구동 전압에 의해 유지력이 얻어진 위치에, 상기 전극 사이에 최소 갭을 확보하는 스토퍼가 설치되어 있고,

상기 제어 공정에서는, 상기 스토퍼의 위치에서 상기 지지 부재의 탄성력에 도달하지 않는 상기 바이어스 전압을 인가하는 광 스위칭 소자의 제어 방법.
제 38 항에 있어서, 상기 제어 공정에서는, 주기적으로 상기 지지 부재의 상기 제 1 또는 제 2 위치에서의 탄성력보다도 작게 되는 전기 바이어스 전압을 인가하는 광 스위칭 소자의 제어 방법.
제 38 항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 위치 중, 상기 정전 구동 수단의 정전력에 의해 유지력이 얻어진 위치에, 상기 전극 사이에 최소 갭을 확보하는 스토퍼가 설치되어 있고,

상기 제어 공정에서는, 상기 바이어스 전압을, 주기적으로 상기 스토퍼의 위치에서 상기 지지 부재의 탄성력에 도달하지 않도록 하는 광 스위칭 소자의 제어 방법.
제 38 항에 있어서, 상기 스위칭부는, 상기 지지 부재에 의해 상기 제 2 위치로부터 제 1 위치로 이동하여, 상기 지지 부재의 탄성력에 의해 상기 제 1 위치에 유지되도록 되어 있고,

상기 제어 공정에서는, 상기 스위칭부를 상기 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동할 때에 상기 제 1 및 제 2 위치의 사이에서만 안정상태가 성립하지 않는 상기 구동 전압을 상기 정전 구동 수단에 인가하는 광 스위칭 소자의 제어 방법.
제 38 항에 있어서, 상기 지지 부재는 정전력이 작용하지 않을 때에 상기 스위칭부를 상기 제 1 및 제 2 위치의 거의 중간에서 지지하고, 상기 정전 구동 수단은, 상기 스위칭부를 상기 제 1 위치에 유지하는 제 1 전극 페어와, 상기 제 2 위치에 유지하는 제 2 전극 페어를 구비하고 있으며,

상기 제어 공정에서는, 이들 제 1 및 제 2 전극 페어에 교호로 상기 구동 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 광 스위칭 소자의 제어 방법.
도입된 광을 전반사하여 전달 가능한 전반사면을 구비한 도광부의 상기 전반사면에 제 1 위치에서 접하여 전반사면으로부터 누출한 에버네슨트 광을 추출함과 동시에, 이 제 1 위치로부터 떨어진 제 2 위치에 이동 가능한 적어도 1개의 스위칭부와, 이 스위칭부를 탄성적으로 지지하는 지지 부재와, 상기 스위칭부를 적어도 1세트의 전극을 구비한 정전 구동 수단을 가지고, 이 정전 구동 수단에 의해 상기 스위칭부를 구동 가능한 광 스위칭 소자의 제어 방법으로서,

상기 전극중 적어도 어느 것인가가 상기 스위칭부의 중심에 대해 비대칭인 형상의 제 1 및 제 2 구획으로 분할되어 있고,

그들 제 1 및 제 2 구획에 대해, 다른 타이밍 또는 전압으로 전력을 공급하는 공정을 가진 광 스위칭 소자의 제어 방법.