JP2978286B2 - 空間的光変調装置とその製造法 - Google Patents
空間的光変調装置とその製造法Info
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- G—PHYSICS
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N9/00—Details of colour television systems
- H04N9/12—Picture reproducers
- H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
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- G02B26/0841—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting element being moved or deformed by electrostatic means
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- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09F—DISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は変形可能鏡装置に関す
る。さらに詳細にいえば、本発明は反射表面とは異なる
平面の中にトーション・ヒンジが構成された変形可能鏡
装置に関する。
る。さらに詳細にいえば、本発明は反射表面とは異なる
平面の中にトーション・ヒンジが構成された変形可能鏡
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と問題点】変形可能鏡装置（ＤＭＤ）は光
偏向技術の分野において多くの用途がある。動作のさい
には、この装置は固定軸のまわりに回転する小さな鏡に
類似している。この回転により、光がこの回転の制御の
下で偏向する。したがって、ある応用では、画素と呼ば
れる個別のＤＭＤが選択的に回転される時、種々の目的
に対するパターンを作ることができるように、ＤＭＤの
アレイが配置される。
偏向技術の分野において多くの用途がある。動作のさい
には、この装置は固定軸のまわりに回転する小さな鏡に
類似している。この回転により、光がこの回転の制御の
下で偏向する。したがって、ある応用では、画素と呼ば
れる個別のＤＭＤが選択的に回転される時、種々の目的
に対するパターンを作ることができるように、ＤＭＤの
アレイが配置される。
【０００３】このＤＭＤ装置は、典型的な場合には、暗
視野投影光学装置に用いられ、および、例えば、高品位
テレビジョン装置（ＨＤＴＶ）に用いることができる。
ＨＤＴＶへの応用では、要求された鮮明度をうるため
に、画素の大きなアレイが必要である。これらの大きな
画素アレイは、個々のＤＭＤ画素を高密度に配列するこ
とを要求し、かつ、明るさを最大にしおよび光散乱を小
さくしてコントラストを最大にするために、高い変調効
率が要求される。
視野投影光学装置に用いられ、および、例えば、高品位
テレビジョン装置（ＨＤＴＶ）に用いることができる。
ＨＤＴＶへの応用では、要求された鮮明度をうるため
に、画素の大きなアレイが必要である。これらの大きな
画素アレイは、個々のＤＭＤ画素を高密度に配列するこ
とを要求し、かつ、明るさを最大にしおよび光散乱を小
さくしてコントラストを最大にするために、高い変調効
率が要求される。
【０００４】光散乱は、光で照射された回転しない（死
んだ）表面面積領域の大きさによって一部分は制御され
る。この死んだ面積領域が生ずる理由は、回転可能ＤＭ
Ｄ画素を支持するトーション・ヒンジをうるのに、それ
が用いられるからである。このようなトーション・ヒン
ジの１つの構成と構造は、１９８７年５月５日受付の本
出願人名の米国特許第４，６６２，７４６号に開示され
ている。この特許は、下記において、参考として本発明
に取り込まれている。
んだ）表面面積領域の大きさによって一部分は制御され
る。この死んだ面積領域が生ずる理由は、回転可能ＤＭ
Ｄ画素を支持するトーション・ヒンジをうるのに、それ
が用いられるからである。このようなトーション・ヒン
ジの１つの構成と構造は、１９８７年５月５日受付の本
出願人名の米国特許第４，６６２，７４６号に開示され
ている。この特許は、下記において、参考として本発明
に取り込まれている。
【０００５】したがって、この分野において、高密度と
高変調効率とを組み合わせて有し、かつ、固有の光散乱
が小さい、ＤＭＤマトリックスが要請されている。
高変調効率とを組み合わせて有し、かつ、固有の光散乱
が小さい、ＤＭＤマトリックスが要請されている。
【０００６】さらにこの分野において、与えられた密度
のＤＭＤ画素に対し、光反射面積領域を最大にする構造
体が要請されている。
のＤＭＤ画素に対し、光反射面積領域を最大にする構造
体が要請されている。
【０００７】ＨＤＴＶ応用を支援するＤＭＤアーキテク
チャに対し、さらに要請が存在する。
チャに対し、さらに要請が存在する。
【０００８】
【従来の技術の問題点を解決するための手段】空間的光
変調器装置が、回転可能鏡表面の下のトーション・ヒン
ジで、基板の中の１つの位置、例えば、アドレス電子装
置と表面との間に構成される。そこでは、表面「死ん
だ」面積領域は大幅に小さい。構造体を用いて、次に、
いくつかの技術的利点を有するＤＭＤ装置を構成するこ
とができる。第１の技術的利点は、この構造体の光散乱
が小さい（コントラストが大きい）ことである。その理
由は、トーション・ヒンジにより生ずる光散乱がないか
らである。この構造体のまた別の利点は、回転可能鏡に
よって占められる表面面積領域が大きいことであり、そ
れにより、より大きな変調効率（より大きな明るさ）が
えられる。本発明のまた別の技術上の利点は、画素素子
のいくつかの異なる配置がえられることである。これら
の画素素子はすべて制御可能な偏向性を有し、かつ、反
射表面以外の表面の中に含まれる、機械的に連結された
回転可能支持体を有する基板の反射表面上にある。
変調器装置が、回転可能鏡表面の下のトーション・ヒン
ジで、基板の中の１つの位置、例えば、アドレス電子装
置と表面との間に構成される。そこでは、表面「死ん
だ」面積領域は大幅に小さい。構造体を用いて、次に、
いくつかの技術的利点を有するＤＭＤ装置を構成するこ
とができる。第１の技術的利点は、この構造体の光散乱
が小さい（コントラストが大きい）ことである。その理
由は、トーション・ヒンジにより生ずる光散乱がないか
らである。この構造体のまた別の利点は、回転可能鏡に
よって占められる表面面積領域が大きいことであり、そ
れにより、より大きな変調効率（より大きな明るさ）が
えられる。本発明のまた別の技術上の利点は、画素素子
のいくつかの異なる配置がえられることである。これら
の画素素子はすべて制御可能な偏向性を有し、かつ、反
射表面以外の表面の中に含まれる、機械的に連結された
回転可能支持体を有する基板の反射表面上にある。
【０００９】多重層鏡表面およびヒンジは、スピン沈
着、スパッタ沈着の組み合わせと、いくつかのプラズマ
・エッチング段階および光食刻段階とを組み合わせた、
複数個の段階で作成される。
着、スパッタ沈着の組み合わせと、いくつかのプラズマ
・エッチング段階および光食刻段階とを組み合わせた、
複数個の段階で作成される。
【００１０】
【実施例】本発明およびその利点は、添付図面を参照し
ての下記説明により、さらに完全に理解することができ
る。
ての下記説明により、さらに完全に理解することができ
る。
【００１１】図１は、１２ミクロン画素ピッチを有する
従来の技術の４５度２安定トーション・ビーム・アレイ
１０を示す。画素１００のおのおのは、支持体１０２に
よって基板の上に保持されたヒンジ１０１によって、回
転しうるように保持される。
従来の技術の４５度２安定トーション・ビーム・アレイ
１０を示す。画素１００のおのおのは、支持体１０２に
よって基板の上に保持されたヒンジ１０１によって、回
転しうるように保持される。
【００１２】先行技術による構成体が、図２に示された
構造体と比較されるべきである。図２には、隠されたヒ
ンジ・アレイ２０が示され、そしてまたこの構造体は１
２ミクロンのピッチを有する。この隠されたヒンジ・ア
ーキテクチャを上から見た時、図２に示されているよう
に、おのおのの画素の方形トーション・ビーム反射表面
２００とビーム支持ポスト２０１だけが見える。素子１
００（図１）と素子２００（図２）とを比較すれば、隠
されたヒンジにより、与えられた画素寸法に対し、より
大きな回転可能反射表面のえられることがはっきりとわ
かる。
構造体と比較されるべきである。図２には、隠されたヒ
ンジ・アレイ２０が示され、そしてまたこの構造体は１
２ミクロンのピッチを有する。この隠されたヒンジ・ア
ーキテクチャを上から見た時、図２に示されているよう
に、おのおのの画素の方形トーション・ビーム反射表面
２００とビーム支持ポスト２０１だけが見える。素子１
００（図１）と素子２００（図２）とを比較すれば、隠
されたヒンジにより、与えられた画素寸法に対し、より
大きな回転可能反射表面のえられることがはっきりとわ
かる。
【００１３】図３の点線によって、下にあるヒンジと、
アドレス電極と、着地電極とが示されている。ビーム支
持ポスト２０１は、ビーム２００を下にあるトーション
・ヒンジ４０１に固く連結する。下にあるヒンジと電極
の詳細図が、図４に示されている。ビーム支持ポスト２
０１は、ポスト４０６に連結されたヒンジ４０１の制御
の下で、ビーム２００を回転可能にする。このことによ
り、ポスト４０３によって支持された電極の制御の下
で、回転可能表面（ビーム）２００を回転できるように
する。ビーム２００は着地電極４０５と接触して着地す
る。接触体４０２は基板を貫いて延長され、そして下に
あるアドレス電極と接触する。この装置の構成と動作
が、下記で説明されるであろう。
アドレス電極と、着地電極とが示されている。ビーム支
持ポスト２０１は、ビーム２００を下にあるトーション
・ヒンジ４０１に固く連結する。下にあるヒンジと電極
の詳細図が、図４に示されている。ビーム支持ポスト２
０１は、ポスト４０６に連結されたヒンジ４０１の制御
の下で、ビーム２００を回転可能にする。このことによ
り、ポスト４０３によって支持された電極の制御の下
で、回転可能表面（ビーム）２００を回転できるように
する。ビーム２００は着地電極４０５と接触して着地す
る。接触体４０２は基板を貫いて延長され、そして下に
あるアドレス電極と接触する。この装置の構成と動作
が、下記で説明されるであろう。
【００１４】ヒンジに沿っての横断面図が、図５ａおよ
び図５ｂに示されている。図５ａはヒンジに沿っての横
断面図で、ヒンジ支持ポスト４０６と、ヒンジ４０１
と、ビーム２００とが示されている。図５ｂはヒンジ４
０１と直角の方向の横断面図であって、アドレス電極４
０４と、電極支持ポスト４０３とが示されている。保護
用酸化物層５０１と、金属層２（５０２）と、ＣＭＯＳ
回路および基板層５０３とがまた示されている。
び図５ｂに示されている。図５ａはヒンジに沿っての横
断面図で、ヒンジ支持ポスト４０６と、ヒンジ４０１
と、ビーム２００とが示されている。図５ｂはヒンジ４
０１と直角の方向の横断面図であって、アドレス電極４
０４と、電極支持ポスト４０３とが示されている。保護
用酸化物層５０１と、金属層２（５０２）と、ＣＭＯＳ
回路および基板層５０３とがまた示されている。
【００１５】図６は、ビーム２００の着地角−θL への
回転２００ａと、着地角＋θL への回転２００ｂを示し
ている。また、移動２００ａ，２００ｂを制御するアド
レス電極４０４と、ビーム２００のシー・ソー振動の他
の端部に配置された着地電極４０５が示されている。ビ
ーム２００の回転移動を制御する方法は、改良された２
安定ＤＭＤアドレス指定回路および方法、の名称の下記
の出願中特許に詳細に開示されている。
回転２００ａと、着地角＋θL への回転２００ｂを示し
ている。また、移動２００ａ，２００ｂを制御するアド
レス電極４０４と、ビーム２００のシー・ソー振動の他
の端部に配置された着地電極４０５が示されている。ビ
ーム２００の回転移動を制御する方法は、改良された２
安定ＤＭＤアドレス指定回路および方法、の名称の下記
の出願中特許に詳細に開示されている。
【００１６】ここで一時的に本筋を離れると、図４に示
されているように、アドレス電極４０４の間にヒンジ４
０１を配置することによって、アドレス電極に対してよ
り小さな空間が利用できる。けれども、このことの効果
は、アドレス電圧の要請に関して無視できる。アドレス
電極に対して失われる面積領域はほぼゼロのモーメント
・アームを有し、したがって、アドレス電極により働く
トルクはわずかに小さくなるだけである。
されているように、アドレス電極４０４の間にヒンジ４
０１を配置することによって、アドレス電極に対してよ
り小さな空間が利用できる。けれども、このことの効果
は、アドレス電圧の要請に関して無視できる。アドレス
電極に対して失われる面積領域はほぼゼロのモーメント
・アームを有し、したがって、アドレス電極により働く
トルクはわずかに小さくなるだけである。
【００１７】隠されたヒンジ・アーキテクチャは、ヒン
ジ・スペーサとビーム・スペーサとから成る、２スペー
サ・プロセスである。ヒンジ・スペーサは薄い（〜０．
５μｍ）層である。それが除去される時、その結果えら
れる空隙により、ヒンジは自由に回転することができ
る。ビーム・スペーサは厚く（〜１．５μｍ）、そして
ビーム２００の最終的角度回転を決定する。薄いヒンジ
と厚い電極は、下記の米国特許第４，６６２，７４６号
に開示されている埋め込みヒンジ工程を用いて、単一の
プラズマ・アルミニウム・エッチで作成される。
ジ・スペーサとビーム・スペーサとから成る、２スペー
サ・プロセスである。ヒンジ・スペーサは薄い（〜０．
５μｍ）層である。それが除去される時、その結果えら
れる空隙により、ヒンジは自由に回転することができ
る。ビーム・スペーサは厚く（〜１．５μｍ）、そして
ビーム２００の最終的角度回転を決定する。薄いヒンジ
と厚い電極は、下記の米国特許第４，６６２，７４６号
に開示されている埋め込みヒンジ工程を用いて、単一の
プラズマ・アルミニウム・エッチで作成される。
【００１８】隠されたヒンジ・アーキテクチャのための
工程順序が、図７ａ〜図７ｄに示されている。この工程
は、５つの層（ヒンジ・スペーサ、ヒンジ、電極、ビー
ム・スペーサ、およびビーム）の工程である。この工程
は従来の４層工程（電極、スペーサ、ヒンジ、ビーム）
と比較されるべきである。
工程順序が、図７ａ〜図７ｄに示されている。この工程
は、５つの層（ヒンジ・スペーサ、ヒンジ、電極、ビー
ム・スペーサ、およびビーム）の工程である。この工程
は従来の４層工程（電極、スペーサ、ヒンジ、ビーム）
と比較されるべきである。
【００１９】この工程は、完成したアドレス回路５０３
で開始する。このアドレス回路５０３は、アドレス回路
の保護用酸化物５０１の中に作成された接触体開口部を
有する。典型的には、このアドレス回路は２金属層／ポ
リＣＭＯＳ工程である。接触体開口部により、第２レベ
ル金属（金属２）５０２接着パッドと、金属２アドレス
回路出力接続点と、へのアクセスが可能となる。
で開始する。このアドレス回路５０３は、アドレス回路
の保護用酸化物５０１の中に作成された接触体開口部を
有する。典型的には、このアドレス回路は２金属層／ポ
リＣＭＯＳ工程である。接触体開口部により、第２レベ
ル金属（金属２）５０２接着パッドと、金属２アドレス
回路出力接続点と、へのアクセスが可能となる。
【００２０】アドレス回路の上に、ヒンジ・スペーサ７
０１がスピン沈着され、そしてパターンに作られて穴７
０２が作成される。穴７０２は、ヒンジ支持ポストと、
電極支持ポストと、接触体を作成する。このスペーサの
厚さは典型的には０．５μｍであり、そしてこのスペー
サは、後の処理工程の間に、流動および起泡の出来るこ
とを防止するために、２００℃の温度で硬化された、ポ
ジティブ・フォトレジスト・ディープＵＶである。
０１がスピン沈着され、そしてパターンに作られて穴７
０２が作成される。穴７０２は、ヒンジ支持ポストと、
電極支持ポストと、接触体を作成する。このスペーサの
厚さは典型的には０．５μｍであり、そしてこのスペー
サは、後の処理工程の間に、流動および起泡の出来るこ
とを防止するために、２００℃の温度で硬化された、ポ
ジティブ・フォトレジスト・ディープＵＶである。
【００２１】図７ｂに示されているように、次の２つの
層７０３および７０４が、いわゆる、埋込みヒンジ工程
によって作成される。ヒンジを作成するアルミニウム合
金が、ヒンジ・スペーサの上に、スパッタ・沈着され
る。この合金は、典型的には、厚さが７５０オングスト
ロームであり、そして０．２％Ｔｉ，１％Ｓｉおよび残
りはＡｌで構成される。マスク用酸化物がプラズマ沈着
され、そしてヒンジ４０１の形状にパターンに作られ
る。それから、このヒンジ酸化物が第２のアルミニウム
合金層７０４によって埋込まれる。この第２アルミニウ
ム合金層７０４（典型的な場合の厚さは３０００オング
ストローム）は電極を作成するためのものである。
層７０３および７０４が、いわゆる、埋込みヒンジ工程
によって作成される。ヒンジを作成するアルミニウム合
金が、ヒンジ・スペーサの上に、スパッタ・沈着され
る。この合金は、典型的には、厚さが７５０オングスト
ロームであり、そして０．２％Ｔｉ，１％Ｓｉおよび残
りはＡｌで構成される。マスク用酸化物がプラズマ沈着
され、そしてヒンジ４０１の形状にパターンに作られ
る。それから、このヒンジ酸化物が第２のアルミニウム
合金層７０４によって埋込まれる。この第２アルミニウ
ム合金層７０４（典型的な場合の厚さは３０００オング
ストローム）は電極を作成するためのものである。
【００２２】次に、マスク用酸化物がプラズマ沈着さ
れ、そして電極４０４と、電極支持ポスト４０６と、ビ
ーム接触体金属４０５との形状にパターンに作られる。
れ、そして電極４０４と、電極支持ポスト４０６と、ビ
ーム接触体金属４０５との形状にパターンに作られる。
【００２３】最後に、単一のプラズマ・アルミニウム・
エッチングを用いて、ヒンジと、電極と、支持ポスト
と、ビーム接触体金属とのパターンが作られる。ヒンジ
領域の上の電極金属がエッチングによって除去され、埋
め込まれたヒンジ酸化物が露出される。この酸化物はエ
ッチング停止体としての役割を果たす。プラズマ・アル
ミニウム・エッチングが完了した時、薄いヒンジ金属７
０３の領域と厚い電極金属７０４の領域とが、同時にパ
ターンに作られる。それから、マスク用酸化物がプラズ
マ・エッチングによって除去される。
エッチングを用いて、ヒンジと、電極と、支持ポスト
と、ビーム接触体金属とのパターンが作られる。ヒンジ
領域の上の電極金属がエッチングによって除去され、埋
め込まれたヒンジ酸化物が露出される。この酸化物はエ
ッチング停止体としての役割を果たす。プラズマ・アル
ミニウム・エッチングが完了した時、薄いヒンジ金属７
０３の領域と厚い電極金属７０４の領域とが、同時にパ
ターンに作られる。それから、マスク用酸化物がプラズ
マ・エッチングによって除去される。
【００２４】次に、図７Ｃに示されているように、ビー
ム・スペーサ７０５がヒンジと電極との上にスピン沈着
され、そしてパターンに作られて穴が作成される。この
穴はビーム支持ポスト２０１を作成するであろう。スペ
ーサ７０５はトーション・ビーム角度偏向を決定し、そ
してその厚さの典型的な値は１．５ミクロンであり、そ
してそれはポジティブ・フォトレジストである。後での
処理段階における流動と気泡発生とを防止するために、
それは１８０℃の温度で硬化されたディープＵＶであ
る。この加熱中に、ヒンジ・スペーサ７０１の劣化は起
こらない。それは、ヒンジ・スペーサはさらに高い温度
（２００℃）で硬化されたからである。
ム・スペーサ７０５がヒンジと電極との上にスピン沈着
され、そしてパターンに作られて穴が作成される。この
穴はビーム支持ポスト２０１を作成するであろう。スペ
ーサ７０５はトーション・ビーム角度偏向を決定し、そ
してその厚さの典型的な値は１．５ミクロンであり、そ
してそれはポジティブ・フォトレジストである。後での
処理段階における流動と気泡発生とを防止するために、
それは１８０℃の温度で硬化されたディープＵＶであ
る。この加熱中に、ヒンジ・スペーサ７０１の劣化は起
こらない。それは、ヒンジ・スペーサはさらに高い温度
（２００℃）で硬化されたからである。
【００２５】最後に、ビーム２００（その厚さの典型的
な値は４０００オングストロームである）を作成するた
めのアルミニウム合金が、ビーム・スペーサ７０５の上
にスパッタ沈着される。次に、マスク用酸化物７０７が
プラズマ沈着され、そしてビームの形状にパターンに作
られる。それから、このビームにプラズマ・エッチング
が行なわれて、ビームと、ビーム支持ポストとが作成さ
れる。
な値は４０００オングストロームである）を作成するた
めのアルミニウム合金が、ビーム・スペーサ７０５の上
にスパッタ沈着される。次に、マスク用酸化物７０７が
プラズマ沈着され、そしてビームの形状にパターンに作
られる。それから、このビームにプラズマ・エッチング
が行なわれて、ビームと、ビーム支持ポストとが作成さ
れる。
【００２６】これで、ウエハ段階での処理が完了する。
ビーム２００の上のマスク用酸化物７０７が所定の位置
に残される。それから、このウエハはＰＭＭＡで被覆さ
れ、そして切断されてチップ・アレイが作られ、そして
クロロベンゼンでスピン洗浄が行なわれる。最後に、チ
ップがプラズマ・エッチング室の中に入れられる。この
プラズマ・エッチング室の中で、マスク用酸化物７０７
が除去され、そしてスペーサ層７０１とスペーサ層７０
５とが完全に除去され、図７ｄに示されているように、
ヒンジとビームの下に空隙が作成される。
ビーム２００の上のマスク用酸化物７０７が所定の位置
に残される。それから、このウエハはＰＭＭＡで被覆さ
れ、そして切断されてチップ・アレイが作られ、そして
クロロベンゼンでスピン洗浄が行なわれる。最後に、チ
ップがプラズマ・エッチング室の中に入れられる。この
プラズマ・エッチング室の中で、マスク用酸化物７０７
が除去され、そしてスペーサ層７０１とスペーサ層７０
５とが完全に除去され、図７ｄに示されているように、
ヒンジとビームの下に空隙が作成される。
【００２７】ヒンジを自由にするために下を切り取る必
要な量の決定は、変更されたドロップアウト構造体を用
いることによって行なわれる。ドロップアウト構造体
は、米国特許第４，５６６，９３５号に最初に開示され
た。この米国特許は、本発明に参考として取り込まれて
いる。この変更されたドロップアウト構造体は、ヒンジ
がいずれのヒンジ支持ポストにも連結されていないこと
を除けば、本出願の図５ａの構造体で構成される。ビー
ム・スペーサ７０５が取り去られる時、そして十分な量
のヒンジ・スペーサ７０１が取り去られてヒンジが自由
に回転できる時、ビーム２００は一方側へ降下し、その
端部が一方の電極の上の位置を占めるであろう。また
は、ヒンジと電極のアンダカットの量の相互関係は、従
来のドロップアウト構造体を用いることによって、およ
び残留するスペーサの量を観察するために金属層を除去
することによって、行なうことができる。
要な量の決定は、変更されたドロップアウト構造体を用
いることによって行なわれる。ドロップアウト構造体
は、米国特許第４，５６６，９３５号に最初に開示され
た。この米国特許は、本発明に参考として取り込まれて
いる。この変更されたドロップアウト構造体は、ヒンジ
がいずれのヒンジ支持ポストにも連結されていないこと
を除けば、本出願の図５ａの構造体で構成される。ビー
ム・スペーサ７０５が取り去られる時、そして十分な量
のヒンジ・スペーサ７０１が取り去られてヒンジが自由
に回転できる時、ビーム２００は一方側へ降下し、その
端部が一方の電極の上の位置を占めるであろう。また
は、ヒンジと電極のアンダカットの量の相互関係は、従
来のドロップアウト構造体を用いることによって、およ
び残留するスペーサの量を観察するために金属層を除去
することによって、行なうことができる。
【００２８】隠されたヒンジ・アーキテクチャはいくつ
かの利点を有する。これらの利点のうちのいくつかは明
らかであり、そしていくつかはわかりにくい。第１は、
前記のように、ビームの下にヒンジを配置することによ
り、回転可能鏡によって占められる表面面積領域が増大
し、それにより変調効率が大きくなり、したがって、表
示がより明るくなることである。第２は、隠されたヒン
ジは投射光から遮蔽され、したがって、投射レンズの瞳
の中へ光を散乱することができないことである。したが
って、コントラスト比は増大する。第３は、同じ寸法の
画素に対し、隠されたヒンジ・アーキテクチャにより、
明るさとコントラストとを小さくすることなく、トーシ
ョン・ヒンジをより長くすることができ、したがって、
コンプライアンスを大きくし、かつ、アドレス電圧の要
請を低下させることである。
かの利点を有する。これらの利点のうちのいくつかは明
らかであり、そしていくつかはわかりにくい。第１は、
前記のように、ビームの下にヒンジを配置することによ
り、回転可能鏡によって占められる表面面積領域が増大
し、それにより変調効率が大きくなり、したがって、表
示がより明るくなることである。第２は、隠されたヒン
ジは投射光から遮蔽され、したがって、投射レンズの瞳
の中へ光を散乱することができないことである。したが
って、コントラスト比は増大する。第３は、同じ寸法の
画素に対し、隠されたヒンジ・アーキテクチャにより、
明るさとコントラストとを小さくすることなく、トーシ
ョン・ヒンジをより長くすることができ、したがって、
コンプライアンスを大きくし、かつ、アドレス電圧の要
請を低下させることである。
【００２９】第４は、ヒンジ・スペーサは下にあるアド
レス回路を平らにするから、最終的アドレス回路のメタ
ライゼーションに、特別の平面化段階（例えば、保護用
酸化物のレジスト・エツチ・バック平面化段階）は必要
でないことである。下にある構造体による凸凹を平面化
することは、電極金属の中の残留金属フィラメントを防
止するために、および金属２の中に作成されたアルミニ
ウムの小さな山を平らにするために、異方的ヒンジ／電
極エッチングの前に必要である。
レス回路を平らにするから、最終的アドレス回路のメタ
ライゼーションに、特別の平面化段階（例えば、保護用
酸化物のレジスト・エツチ・バック平面化段階）は必要
でないことである。下にある構造体による凸凹を平面化
することは、電極金属の中の残留金属フィラメントを防
止するために、および金属２の中に作成されたアルミニ
ウムの小さな山を平らにするために、異方的ヒンジ／電
極エッチングの前に必要である。
【００３０】第５は、着地電極はアドレス回路から空気
で分離されており、したがって、下にあるアドレス回路
への高電圧リセット・パルスのフィード・スルーが小さ
くなることである。この結合は、もしそれが制御されな
いならば、アドレス・トランジスタのゲートに電圧スパ
イクを生ずることがあり、それにより、このトランジス
タが誤った時刻に一時的にオンになる。また、この空気
分離により、保護用酸化物を通しての誘電体ブレークダ
ウンの可能性は小さくなる。
で分離されており、したがって、下にあるアドレス回路
への高電圧リセット・パルスのフィード・スルーが小さ
くなることである。この結合は、もしそれが制御されな
いならば、アドレス・トランジスタのゲートに電圧スパ
イクを生ずることがあり、それにより、このトランジス
タが誤った時刻に一時的にオンになる。また、この空気
分離により、保護用酸化物を通しての誘電体ブレークダ
ウンの可能性は小さくなる。
【００３１】第６は、アドレス電極が空気分離されるか
ら、それらは小さな静電容量を有することである。した
がって、フレーム・アドレスＤＭＤ（米国特許第４，６
１５，５９５号）を組み立てることは隠されたヒンジ・
アーキテクチャで可能である。この場合には、ビームよ
りはむしろアドレス電極が、電荷アドレスされる。この
ことは、ビームを電気的に分離する必要なしに、フレー
ム・アドレス・トーション・ビーム・アーキテクチャの
製造を可能にする。
ら、それらは小さな静電容量を有することである。した
がって、フレーム・アドレスＤＭＤ（米国特許第４，６
１５，５９５号）を組み立てることは隠されたヒンジ・
アーキテクチャで可能である。この場合には、ビームよ
りはむしろアドレス電極が、電荷アドレスされる。この
ことは、ビームを電気的に分離する必要なしに、フレー
ム・アドレス・トーション・ビーム・アーキテクチャの
製造を可能にする。
【００３２】４５度画素アーキテクチャに対する隠され
たヒンジが示されたが、図８ａ〜図８ｄに示されている
ように、ヒンジのアーキテクチャを変えることによっ
て、他の画素アーキテクチャも可能である。隠されたヒ
ンジが屈曲ビーム画素に対して用いられる時、（図８
Ｃ）ビーム支持ポスト２０１はλ／４の距離（その典型
的な値は１５００オンクストロームないし２０００オン
グストローム）だけ垂直に移動する。５０００オングス
トローム・ヒンジ・スペーサ空隙は、この垂直移動より
大きな移動を許容する。屈曲ビーム画素は、位相のみの
変調器として用いることができる。ヒンジを隠すことの
効果は、振幅変調成分を小さくする不活性バックグラウ
ンドを小さくすることであり、そしてこの屈曲ビームを
理想的位相のみ変調器に近づける。
たヒンジが示されたが、図８ａ〜図８ｄに示されている
ように、ヒンジのアーキテクチャを変えることによっ
て、他の画素アーキテクチャも可能である。隠されたヒ
ンジが屈曲ビーム画素に対して用いられる時、（図８
Ｃ）ビーム支持ポスト２０１はλ／４の距離（その典型
的な値は１５００オンクストロームないし２０００オン
グストローム）だけ垂直に移動する。５０００オングス
トローム・ヒンジ・スペーサ空隙は、この垂直移動より
大きな移動を許容する。屈曲ビーム画素は、位相のみの
変調器として用いることができる。ヒンジを隠すことの
効果は、振幅変調成分を小さくする不活性バックグラウ
ンドを小さくすることであり、そしてこの屈曲ビームを
理想的位相のみ変調器に近づける。
【００３３】本明細書は、特定の前記実施例を参照して
本発明を説明したけれども、本発明は前記説明に限定さ
れるものではない。前記説明に基づけば、当業者にとっ
て、前記実施例に種々の変更を行なうこと、およびま
た、別の実施例の可能であること、はすぐにわかるであ
ろう。したがって、このような変更実施例は、すべて本
発明の範囲内に包含されるものである。
本発明を説明したけれども、本発明は前記説明に限定さ
れるものではない。前記説明に基づけば、当業者にとっ
て、前記実施例に種々の変更を行なうこと、およびま
た、別の実施例の可能であること、はすぐにわかるであ
ろう。したがって、このような変更実施例は、すべて本
発明の範囲内に包含されるものである。
【００３４】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1) 制御可能に回転可能な定められた面積領域を有
し、かつ、ベース層と、前記制御可能に回転可能な面積
領域を定める分離層と、前記回転可能面積領域を保持す
るためにおよび前記回転可能面積領域を前記ベース層に
関して定められた移動の範囲内で移動することを可能に
するために前記ベース層によって保持されかつ前記回転
可能面積領域に連結され、および前記回転可能層の平面
から分離された平面内に配置されたヒンジと、を有する
空間的光変調装置。
る。 (1) 制御可能に回転可能な定められた面積領域を有
し、かつ、ベース層と、前記制御可能に回転可能な面積
領域を定める分離層と、前記回転可能面積領域を保持す
るためにおよび前記回転可能面積領域を前記ベース層に
関して定められた移動の範囲内で移動することを可能に
するために前記ベース層によって保持されかつ前記回転
可能面積領域に連結され、および前記回転可能層の平面
から分離された平面内に配置されたヒンジと、を有する
空間的光変調装置。
【００３５】(2) 第１項において、前記ベース層が前
記回転可能領域の前記回転を制御する信号をうるための
離散した面積領域を有する前記装置。
記回転可能領域の前記回転を制御する信号をうるための
離散した面積領域を有する前記装置。
【００３６】(3) 第２項において、前記離散面積領域
がアドレス電極を有する前記装置。
がアドレス電極を有する前記装置。
【００３７】(4) 第３項において、前記離散面積領域
がアドレス回路をさらに有する前記装置。
がアドレス回路をさらに有する前記装置。
【００３８】(5) 第２項において、制御回路を有する
基板層と、前記制御回路から前記離散面積領域へ信号を
通信するための相互接続構造体と、をさらに有する前記
装置。
基板層と、前記制御回路から前記離散面積領域へ信号を
通信するための相互接続構造体と、をさらに有する前記
装置。
【００３９】(6) 第５項において、前記制御可能がＣ
ＭＯＳ技術を用いて構成される前記装置。
ＭＯＳ技術を用いて構成される前記装置。
【００４０】(7) おのおのの画素が少なくとも２つの
状態に個別に回転可能である画素のアレイであって、前
記アレイのすべての前記画素を支持するベース構造体を
前記アレイが有し、かつ、前記ベースの平面から分離さ
れた平面の中に前記アレイが保持され、前記画素のおの
おのが表面領域を定め、かつ、前記ベース構造体と前記
画素との両方から分離されおよび前記ベースに関して前
記画素が変形できるように前記ベース構造体を前記画素
に連結するためにそれらの間に配置された中間部分を有
する、前記画素の前記アレイ。
状態に個別に回転可能である画素のアレイであって、前
記アレイのすべての前記画素を支持するベース構造体を
前記アレイが有し、かつ、前記ベースの平面から分離さ
れた平面の中に前記アレイが保持され、前記画素のおの
おのが表面領域を定め、かつ、前記ベース構造体と前記
画素との両方から分離されおよび前記ベースに関して前
記画素が変形できるように前記ベース構造体を前記画素
に連結するためにそれらの間に配置された中間部分を有
する、前記画素の前記アレイ。
【００４１】(8) 第７項において、ＨＤＴＶ装置をさ
らに有し、かつ、前記アレイが高密度テレビジョン受信
器の可視表示装置である前記装置。
らに有し、かつ、前記アレイが高密度テレビジョン受信
器の可視表示装置である前記装置。
【００４２】(9) 第７項において、前記ベース構造体
が前記画素の前記回転を制御する信号を供給するための
離散した面積領域を有する前記装置。
が前記画素の前記回転を制御する信号を供給するための
離散した面積領域を有する前記装置。
【００４３】(10) 第９項において、前記離散面積領域
がアドレス電極を有する前記装置。
がアドレス電極を有する前記装置。
【００４４】(11) 第１０項において、前記離散面積領
域がアドレス回路をさらに有する前記装置。
域がアドレス回路をさらに有する前記装置。
【００４５】(12) 第１０項において、制御回路を有す
る基板層と、前記制御回路から前記離散面積領域へ信号
を通信するための相互接続構造体と、をさらに有する前
記装置。
る基板層と、前記制御回路から前記離散面積領域へ信号
を通信するための相互接続構造体と、をさらに有する前
記装置。
【００４６】(13) 第１２項において、前記制御回路が
ＣＭＯＳ技術を用いて構成される前記装置。
ＣＭＯＳ技術を用いて構成される前記装置。
【００４７】(14) おのおのの画素を個別に少なくとも
２つの状態に回転可能である画素のアレイを構成する方
法であって、前記アレイのすべての前記画素を支持する
ためのベース構造体を構成する段階と、前記アレイを前
記ベースの平面から分離された平面の中に保持する段階
と、を有し、かつ、前記保持段階が前記ベース構造体と
前記画素との両方から分離され、かつ、前記ベースに関
して前記画素を変形することができるように前記ベース
構造体を前記画素に連結するためにそれらの間に配置さ
れた、中間構造体を構成する段階を有する、前記画素の
前記アレイを構成する方法。
２つの状態に回転可能である画素のアレイを構成する方
法であって、前記アレイのすべての前記画素を支持する
ためのベース構造体を構成する段階と、前記アレイを前
記ベースの平面から分離された平面の中に保持する段階
と、を有し、かつ、前記保持段階が前記ベース構造体と
前記画素との両方から分離され、かつ、前記ベースに関
して前記画素を変形することができるように前記ベース
構造体を前記画素に連結するためにそれらの間に配置さ
れた、中間構造体を構成する段階を有する、前記画素の
前記アレイを構成する方法。
【００４８】(15) 第１４項において、前記アレイが高
密度テレビジョン装置の表示装置である前記方法。
密度テレビジョン装置の表示装置である前記方法。
【００４９】(16) 第１５項において、前記ベース構造
体を構成する前記段階が前記画素の前記回転を制御する
信号を供給するための離散した面積領域を設定する段
階、を有する前記方法。
体を構成する前記段階が前記画素の前記回転を制御する
信号を供給するための離散した面積領域を設定する段
階、を有する前記方法。
【００５０】(17) 第１６項において、前記離散面積領
域がアドレス電極を有する前記方法。
域がアドレス電極を有する前記方法。
【００５１】(18) 第１６項において、制御回路を有す
る基板層を設定する段階と、前記制御回路から前記離散
面積領域へ信号を通信するために前記離散面積領域を前
記制御回路に相互接続する段階と、をさらに有する前記
方法。
る基板層を設定する段階と、前記制御回路から前記離散
面積領域へ信号を通信するために前記離散面積領域を前
記制御回路に相互接続する段階と、をさらに有する前記
方法。
【００５２】(19) その上にアドレス回路が作成される
基板と、第１支持ポストを定めるパターンに作られた第
１スペーサとを設定する段階と、前記第１スペーサの上
にアドレス電極および前記第１支持ポストに連結された
変形可能ヒンジを設定する段階と、前記変形可能ヒンジ
の上に第２支持ポストを定めるパターンに作られた第２
スペーサを沈着する段階と、前記第２ポストによって支
持される複数個の鏡を設定する段階と、前記第１スペー
サおよび前記第２スペーサを除去する段階と、を有する
変形可能鏡の製造法。
基板と、第１支持ポストを定めるパターンに作られた第
１スペーサとを設定する段階と、前記第１スペーサの上
にアドレス電極および前記第１支持ポストに連結された
変形可能ヒンジを設定する段階と、前記変形可能ヒンジ
の上に第２支持ポストを定めるパターンに作られた第２
スペーサを沈着する段階と、前記第２ポストによって支
持される複数個の鏡を設定する段階と、前記第１スペー
サおよび前記第２スペーサを除去する段階と、を有する
変形可能鏡の製造法。
【００５３】(20) ２安定変形可能鏡装置（ＤＭＤ）画
素アーキテクチャが開示される。このアーキテクチャで
は、ヒンジはトーション・ビーム層とは異なる層の中に
配置される。このことにより、画素の寸法をより小さく
することができ、一方同時に、大きな部分活性面積領域
が保持され、かつ、高品位テレビジョンへの応用に用い
られる明るくかつ高密度の表示装置がえられる。
素アーキテクチャが開示される。このアーキテクチャで
は、ヒンジはトーション・ビーム層とは異なる層の中に
配置される。このことにより、画素の寸法をより小さく
することができ、一方同時に、大きな部分活性面積領域
が保持され、かつ、高品位テレビジョンへの応用に用い
られる明るくかつ高密度の表示装置がえられる。
【００５４】関連する出願 下記のすべての出願中特許は相互参照出願中特許であ
り、そしてこれらすべての出願中特許はテキサス・イン
スツルメント社に譲渡されている。これらの出願中特許
は同時に受け付けられた。これらの出願中特許は本特許
出願に参考として取り込まれている。 代理人明細書番号 ＴＩ−１４５６８ 多重レベル変形可能鏡装置。 ＴＩ−１４６４３ 改良された２安定ＤＭＤアドレス指定回路 と方法。 ＴＩ−１４６４９ 制御回路基板を有する集積ＤＭＤのための 改良されたアーキテクチャと処理。 ＴＩ−１４７１５ フィールド更新された変形可能鏡装置。 本明細書においてまた参考とされおよび参考として取り
込まれているものは下記の通りである。 ＴＩ−１３１７３Ａ 空間的光変調器および方法。 １９８９年５月１５日受付。シリアル番号 第３３５，０４９号。 ＴＩ−１４４８１ 空間的光変調器および方法。 １９８９年９月１４日受付。シリアル番号 第４０８，３５５号。 米国特許第４，６６２，７４６号 空間的光変調器および方法。 １９８７年５月５日受付。 米国特許第４，５６６，９３５号 空間的光変調器および方法。 １９８６年１月２８日受付。 米国特許第４，６１５，５９５号 フレーム・アドレスド空間的光変調器。 １９８６年１０月７日受付。
り、そしてこれらすべての出願中特許はテキサス・イン
スツルメント社に譲渡されている。これらの出願中特許
は同時に受け付けられた。これらの出願中特許は本特許
出願に参考として取り込まれている。 代理人明細書番号 ＴＩ−１４５６８ 多重レベル変形可能鏡装置。 ＴＩ−１４６４３ 改良された２安定ＤＭＤアドレス指定回路 と方法。 ＴＩ−１４６４９ 制御回路基板を有する集積ＤＭＤのための 改良されたアーキテクチャと処理。 ＴＩ−１４７１５ フィールド更新された変形可能鏡装置。 本明細書においてまた参考とされおよび参考として取り
込まれているものは下記の通りである。 ＴＩ−１３１７３Ａ 空間的光変調器および方法。 １９８９年５月１５日受付。シリアル番号 第３３５，０４９号。 ＴＩ−１４４８１ 空間的光変調器および方法。 １９８９年９月１４日受付。シリアル番号 第４０８，３５５号。 米国特許第４，６６２，７４６号 空間的光変調器および方法。 １９８７年５月５日受付。 米国特許第４，５６６，９３５号 空間的光変調器および方法。 １９８６年１月２８日受付。 米国特許第４，６１５，５９５号 フレーム・アドレスド空間的光変調器。 １９８６年１０月７日受付。
【図１】先行技術によるアーキテクチャを有するＤＭＤ
画素のアレイ図。
画素のアレイ図。
【図２】多重レベル・ヒンジ・アーキテクチャを有する
ＤＭＤ画素のアレイ図。
ＤＭＤ画素のアレイ図。
【図３】下にあるヒンジと電極と支持体とを点線で示し
た新規なアーキテクチャに対するフォーマット図。
た新規なアーキテクチャに対するフォーマット図。
【図４】下にある層のヒンジと電極と支持体の機構の配
置図。
置図。
【図５】図４の線５ａ−５ａおよび線５ｂ−５ｂに沿っ
てとられた、多層装置の横断面図。
てとられた、多層装置の横断面図。
【図６】アドレス電極の制御の下でのビームの２つの状
態における動作図。
態における動作図。
【図７】多層装置の製造工程における各段階図。
【図８】多層装置のまた別の物理的配置図。
４０１ ヒンジ
Claims (2)
- 【請求項１】 制御可能に回転可能な定められた面積領
域を有し、かつ、 ベース層と、 前記制御可能に回転可能な面積領域を定める分離層と、 前記回転可能面積領域を保持するためにおよび前記回転
可能面積領域を前記ベース層に関して定められた移動の
範囲内で移動することを可能にするために前記ベース層
によって保持されかつ前記回転可能面積領域に連結さ
れ、および前記回転可能層の平面から分離された平面内
に配置されたヒンジと、を有する空間的光変調装置。 - 【請求項２】 おのおのの画素を個別に少なくとも２つ
の状態に回転可能である画素のアレイを構成する方法で
あって、 前記アレイのすべての前記画素を支持するためのベース
構造体を構成する段階と、 前記アレイを前記ベースの平面から分離された平面の中
に保持する段階と、を有し、かつ、前記保持段階が前記
ベース構造体と前記画素との両方から分離され、かつ、
前記ベースに関して前記画素を変形することができるよ
うに前記ベース構造体を前記画素に連結するためにそれ
らの間に配置された、中間構造体を構成する段階を有す
る、前記画素の前記アレイを構成する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/546,465 US5083857A (en) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | Multi-level deformable mirror device |
| US546465 | 1990-06-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05196880A JPH05196880A (ja) | 1993-08-06 |
| JP2978286B2 true JP2978286B2 (ja) | 1999-11-15 |
Family
ID=24180538
Family Applications (1)
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