JPH04230722A - 空間光変調器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は空間光変調器（ライト
・バルブ）、更に具体的に云えば電子的にアドレス可能
な撓み可能なはりで形成された画素を持つ空間光変調器
に関する。空間光変調器（ＳＬＭ）は、入射光を電気入
力又は光入力に対応する空間パターンで変調する変換器
である。入射光の位相、強度、分極又は方向を変調する
ことができ、光の変調は、種々の電気光学又は磁気光学
効果を持つ種々の材料により、並びに表面の変形によっ
て光を変調する材料によって行なうことができる。ＳＬ
Ｍは、光情報処理、投影形表示及び静電印刷の方面で数
多くの用途がある。３０　　ＩＥＥＥトランザクション
ズ・オン・エレクトロン・デバイセズ誌５３９（１９８
３年）所載のＬ．ホーンベックの論文「１２８×１２８
変形可能な鏡装置」に引用された文献を参照されたい。

【０００２】大形の明るい電子表示装置に使われる周知
のＳＬＭが、アイドフォールであり、これは能動光学素
子として静電作用によってくぼみを付ける油膜を用いる
方式である。２０　　Ｊ．ＳＭＰＴＥ　　３５１（１９
５３年）所載のＥ．バウマンの論文「フィッシャー形大
スクリーン投影装置（アイドフォール）」参照。この装
置では、連続的な油膜を電子ビームを用いてラスタ式に
走査する。この電子ビームは、油膜上の各々の分解可能
な画素区域内に沈積電荷の空間的な周期性を持つ分布を
作る様に変調される。この電荷分布により、油膜の表面
と、一定の電位に保たれた支持基板との間の静電引力に
より、各々の画素の中に位相格子が作られる。この引力
により、膜の表面が、沈積電荷の量に比例する分だけ、
変形する。変調された油膜をキセノン・アーク灯からの
空間的なコヒーレンスを持つ光で照射する。油膜上の変
調された画素に入射する光が局部的な位相格子の回折作
用により、個別の１組の規則的な間隔を持つ次数に分か
れ、それらが、光学系の一部分により、澄明及び不澄明
な交互のバーの周期的なアレイで構成されたシュリーレ
ン絞りに入射する。シュリーレン絞りのバーの間隔は、
絞り平面に於ける回折信号の次数の間隔と合う様に選ば
れ、こうして高い光学的なスループット効率が達成され
る様にする。ライト・バルブの変調されていなかった領
域に入射する光は、シュリーレン絞りの不澄明なバーに
より、投影レンズに達することができない。従って、シ
ュリーレン結像系によって投影スクリーンに形成される
ライト・バルブ上の変調されなかった区域の画像は暗く
、これに対して変調された電子ビームによって導入され
た位相の摂動が、シュリーレン投影器により、スクリー
ンでは明るい光スポットに変換される。電子照射による
油の重合と陰極の有機蒸気の汚染に伴う数多くの技術的
な難点があるが、こう云う種類の油膜は、スクリーンで
の合計の光が何千ルーメンも要求される場合に、殆どど
こでも使われる方式であると云う点に達するまで、その
開発に成功した。然し、こう云う装置は高価で、嵩ばり
、部品の寿命が短かい。

【０００３】油膜以外の多数のＳＬＭも開発されており
、この中には撓み可能な素子形、偏光面の回転形及び光
散乱形がある。こう云う形式のＳＬＭは、金属、エラス
トマ又はエラストマ光導電体の反射層の変形、及び強誘
電体、ＰＬＺＴセラミック及び液晶の分極及び散乱の様
な種々の効果を用いている。例えば２９９Ｐｒｏｃ．Ｓ
ＰＩＥ６８（１９８１年）所載のＲ．スプレーグ他の論
文「レーザ印刷用の線形内部全反射形空間光変調器」、
及び２９９　　Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ７６（１９８２年）
所載のＷ．ターナ及びＲ．スプレィグの論文「レーザ印
刷用の統合内部全反射形（ＴＩＲ）空間光変調器」、及
び米国特許第４，３８０，３７３号には、感光媒質上に
衝撃を加えないで印刷する装置が記載されている。この
場合、レーザ光を照射線に形成し、光変調器の線形アレ
イを通過させ、この後感光媒質上に結像させる。このア
レイは内部全反射形空間光変調器として構成されており
、電極及び駆動電子回路が集積駆動素子の上に作られて
いて、この素子がニオブ酸リチウムの様な電気光学結晶
の内部全反射面にあてて配置されている。夫々２つの電
極の間のフリンジ電界によって生じる屈折率の局部的な
変化をシュリーレン読取光学系を用いて読出し、この光
学系がＴＩＲ界面を感光媒質に結像する。これは一次元
像であり、感光媒質を線形アレイの像の下で、ドラム上
で回転させて、印刷用に二次元像（例えば、本文の１ペ
ージ）を作成する。然し、ＳＬＭ（ライト・バルブ）は
、それが混成形である為に、製造上の問題が色々とある
。フリンジ電界強度、従って変調された画素から回折す
る光量が、一連の１０μ未満と云う、アドレス電極と電
気光学結晶面の間の空隙の厚さの変化の影響を受け易い
。この為、結晶と電極構造の間に非常に小さい粒子が捕
捉されても、感光媒質では照明の非一様性の問題を生ず
る惧れがある。ライト・バルブの変調された区域及び変
調されていない間の境界にある画素に対する装置の光学
的な応答も、アドレス方式の性質の為に、変調領域の中
央近くにある画素に対する応答よりも可成り低い。この
技術に基づいた、市場で入手し得るプリンタはこれまで
の所、登場していない。

【０００４】Ｐｒｏｃ．ＳＩＤ　　Ｓｙｍｐ．２５０（
１９８２年４月号）所載のＭ．リトル他の論文「ＣＣＤ
−アドレス形液晶ライト・バルブ」には、シリコン・チ
ップの前側にＣＣＤ区域のアレイを持ち、チップの裏側
に液晶アイレを持つＳＬＭが記載されている。完全な１
フレームのアナログ電荷データがロードされるまで、Ｃ
ＣＤに電荷が入力される。その後、電荷がチップの裏側
へ放出され、そこで液晶を変調する。この装置は、電荷
が前側から後側へ転送されることによって広がることに
よる解像度の劣化と共に、固定パターン雑音が著しい難
点がある。

【０００５】一次元及び二次元の両方のアレイに製造す
ることができる別の形式のＳＬＭが変形可能な鏡である
。変形可能な鏡は３種類に分けることができる。即ち、
エラストマ、膜及び片持ちばりである。エラストマ方式
では、メタライズしたエラストマが空間的に変化する電
圧によってアドレスされ、この電圧がエラストマを圧縮
することにより、面の変形を作る。アドレス電圧は１０
０乃至２００ボルト程度が必要である為、エラストマは
、高密度のシリコン・アドレス回路と集積する為の良い
候補ではない。全般的には、２４　　ＩＥＥＥトランザ
クションズ・オン・エレクトロン・デバイセズ誌９３０
（１９７７年）所載のＡ．ラカトス及びＲ．ベルゲンの
論文「不定形Ｓｅ形ＲＵＴＩＣＯＮライト・バルブを用
いたＴＶ投影表示装置」を参照されたい。

【０００６】膜を用いた変形し得る鏡は、種々の形式が
ある。１つの形式は実質的に、前に述べたアイドフォー
ル装置の油膜に置換わるものである。この装置では、支
持格子構造により、陰極線管（ＣＲＴ）のフェースプレ
ートに薄い反射膜を取付ける。アドレス動作は、アイド
フォールの場合と同じくラスタ走査形電子ビームによっ
て行なわれる。電子ビームによってＣＲＴの硝子のフェ
ースプレート上に沈積された電荷が、一定電圧に保たれ
た膜に静電引力を及ぼす。この引力により、膜が格子構
造によって形成された井戸の中にたるみ、こうして変調
された各々の画素位置にミニエーチュア球面鏡を形成す
る。こう云う形式の変調された画素から回折した光が、
鏡面反射ビームに対して回転対称である比較的狭い円錐
に集束される。この為、こう云う形式のライト・バルブ
は、ライト・バルブの変調されていない区域からの鏡面
反射の後、光学系によって形成された光源の像を遮る様
に配置され、且つその様な寸法の１個の中央の掩蔽部で
構成されたシュリーレン絞りと共に使われる。変調され
た画素はシュリーレン絞りの平面で、この中央掩蔽部を
中心としているが、それよりも一層大きな円形の光片を
生ずる。絞りの効率、即ち、変調された画素のエネルギ
の内、シュリーレン絞りによって遮られない割合は、油
膜形アイドフォール投影器の場合よりも、変形可能な膜
に基づく投影器では一般的に幾分か低い。更に、この膜
を用いた変形可能な鏡装置は少なくとも２つの大問題が
ある。比較的剛い反射膜をアドレスする為に高い電圧が
必要であり、電子ビーム・ラスタと画素支持格子構造と
の間の若干の整合外れがアドレス上の問題を招く。この
整合外れにより、像のぼけ及び表示の明るさの非一様性
を招く。

【０００７】別の形式の膜を用いた変形し得る鏡が、３
０　　ＩＥＥＥトランザクションズ・オン・エレクトロ
ン・デバイセズ誌５３９（１９８３年）所載のＬ．ホー
ンベックの論文及び米国特許第４，４４１，７９１号に
記載されており、これはシリコン・アドレス回路にメテ
ライズ重合体鏡のアレイを結合して構成される混成集積
回路である。下側にあるアナログ・アドレス回路は、鏡
要素からは空隙によって隔てられているが、静電引力に
より、鏡の配列が選ばれた画素で変位を招く。この結果
生ずる二次元の変位パターンが、反射光に対して、対応
する位相変調パターンを生ずる。このパターンは、シュ
リーレン投影方式によってアナログ強度の変化に変換す
ることができるし、或いは光情報プロセッサに対する入
力変換器として使うことができる。然し、膜を用いた変
形可能な鏡は、極く小さい、ミクロン寸法の粒子でも、
膜とその下にある支持構造の間に捕捉された時に生ずる
欠陥の影響を受け易い為に、製造上の問題がある。膜が
この様な捕捉された粒子の上のテントを形成し、このテ
ントの横方向の規模は、粒子自体の寸法よりも、ずっと
大きく、こう云うテントがシュリーレン結像系により、
明るいスポットとして結像する。

【０００８】片持ちばりを用いた変形可能な鏡は、入射
光を線形又は面積パターンで変調する為に、何らかのア
ドレス手段によって個別に静電作用によって変形させる
ことのできる様な変形可能な片持ちばりの微小機械的な
アレイである。適正な投影光学系と一緒に使う時、片持
ちばりを用いた変形可能な鏡を表示、光学情報処理、及
び電子写真印刷に用いることができる。真空蒸着によっ
て硝子の上に作られた金属の片持ちばりを持つ初期の形
式が、米国特許第３，６００，７９８号に記載されてい
る。この装置は製造上の問題があり、その中には装置が
集積構造でない為に起る前側及び後側硝子基板の整合の
問題がある。

【０００９】片持ちばりを用いた変形可能な鏡装置が、
２２　　ＩＥＥＥトランザクションズ・オン・エレクト
ロン・テバイセズ誌７６５（１９７５年）所載のＲ．ト
ーマス他の論文「鏡マトリクス管：投影表示用の新規な
ライト・バルブ」と、米国特許第３，８８６，３１０号
及び同第３，８９６，３３８号に記載されている。この
装置は次に述べる様に作られる。サファイヤ上シリコン
基板の上に熱二酸化シリコン層を成長させる。酸化物は
、４つの片持ちばりを中央で結合したクローバの葉形の
アレイのパターンにする。酸化物がアンダーカットされ
るまで、シリコンを等方性で湿式エッチし、各々の画素
の中に、中央のシリコン支持柱によって支持される４つ
の酸化物片持ちばりを残す。この後、反射率を持つ様に
、クローバの葉形のアレイをアルミニウムでメタライズ
する。サファイヤ基板上にデポジットされるアルミニウ
ムが、直流バイアスに保たれる基準格子電極を形成する
。 装置は走査電子ビームによってアドレスされる。このビ
ームがクローバの葉形ばりの上に電荷パターンを沈積し
、静電引力によってビームが基準格子の方へ変形する様
にする。密な間隔の外部格子に負のバイアスを加え、低
エネルギの電子で装置をフラッド照明することにより、
消去が行なわれる。シュリーレン投影器を使って、ビー
ムの変形を投影スクリーンに於ける明るさの変化に変換
する。この装置の重要な特徴は、クローバの葉形の形状
が、はりの間のすき間から４５°回転する方向のビーム
の撓みを招くことである。このことによって、単純な断
面形のシュリーレン絞りを使って、変調された回折信号
を減衰させずに、固定の回折背景信号を遮断することが
できる。この装置は、１インチ当り５００個の画素と云
う画素密度で製造され、ビームは４°まで撓み可能であ
った。光学系は１５０ワットのキセノン・アーク灯、反
射シュリーレン光学系及び２．５×３．５フィートのス
クリーンを用い、利得は５であった。３５フィート・ル
ーメンのスクリーンの輝度、１５対１のコントラスト比
、及び４８％のビーム回折効率と共に、テレビの４００
本の解像度が実証された。１／３０秒未満の書込み時間
が達成され、消去時間は書込み時間の１／１０と云う短
かいものであった。然し、この装置は、走査誤差による
解像度の劣化、製造の歩留りの悪さ、及び従来の投影形
陰極線管に比べて利点がないことを含めて、問題があっ
た。即ち、走査間の位置決めの精度が、個々の画素に再
現性を持って書込む程高くなかった。その結果、解像度
が低下することにより、それと比較し得る様に書込まれ
た発光体と比べて、同じ解像度を保つには、画素の数を
少なくとも４倍に増加することが必要であった。 更に、クローバの葉形の支持柱に対するエッチ・ストッ
パーがないこと、はりの湿式エッチングによってはりの
破損が起ること、及び酸化物ばり状の応力ゼロの状態で
、通常引張り応力を持つアルミニウムを蒸着する必要が
あることにより、装置の歩留りが制限されていた。更に
、この装置は、従来の投影形ＣＲＴに比べて、見かけ上
のコスト又は性能の利点がなかった。

【００１０】アドレス回路と共に、シリコン上に集積さ
れ、こうして高圧回路による電子ビーム・アドレス方式
をなくすと共に、前に述べた片持ち装置の真空の外被を
省いた片持ちばりを用いる変形可能な鏡が３１　　Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ誌５２１（１９７７年）所載
のＫ．ピーターセンの論文「シリコン上に製造した微小
機械式光変調器アレイ」、及び米国特許第４，２２９，
７３２号に記載されている。この最初の文献は、１６×
１の分度器形の片持ちばりのアレイを述べており、これ
は次の様に製造される。ｐ＋基板（又は埋込み層）の上
に厚さ約１２μの（１００）配向のシリコン（ｐ又はｎ
形）のエピタキシャル層を成長させる。エピタキシャル
層を約０．５μの厚さまで酸化し、約５００ÅのＣｒ−
Ａｕ膜で覆う。Ｃｒ−Ａｕをエッチングによって除いて
、接点パッド及びアドレス線を形成すると共に、分度器
のメタライズを定める。２番目のマスク工程で、酸化物
はこのメタライズ部の廻りのくし形パターンにエッチン
グする。最後に、シリコン自体を１２０°でエチレンジ
アミン及びパイロカテコールの溶液でエッチする。結晶
軸に対してマスクの正しい配向を保っていれば、金属で
被覆された酸化物の分度器がエッチによってアンダーカ
ットされ、シリコンから解き放される。このエッチが異
方性であるから、くし形パターンの矩形の囲みを構成す
る（１１１）平面により、それ以上の横方向のエッチン
グが停止される。更に、エッチャントがｐ＋材料によっ
て抑制され、その為分度器の下の井戸の深さが、エピタ
キシャル層の厚さによって定められる。基板と分度器の
メタライズ部の間に直流電圧を印加すると、薄い酸化物
の分度器がエッチングされた井戸の中へと下向きに静電
作用によって撓む。長さ１０６μ及び幅２５μの分度器
では、閾値電圧は約６６ボルトであった。

【００１１】２番目の文献（米国特許第４，２２９，７
３２号）には、分度器装置と同様に製造されるが（埋込
みｐ＋層がメタライズした二酸化シリコンの片持ちばり
の下に井戸を形成する為のエッチ・ストッパとなる）、
構造が異なる。即ち、片持ちばりは１つの隅で枢着した
四角フラップの形をしていて、分度器の一次元の一列で
はなく、フラップが二次元アレイを形成し、フラップの
下の井戸が接続されておらず、その為、フラップに対す
るアドレス線は、フラップの行及び列の間でシリコンの
上面の上に形成することができる。勿論、フラップを隅
で枢着することは、米国特許第３，８８６，３１０号及
び同第３，８９６，３３８号のクローバの葉形の構成か
らくるものであるが、完全なクローバの葉形の構成を使
うことができない。何故なら、そうすると、クローバの
葉形のフラップがシリコン面から隔離された中央の柱に
枢着される為に、表面のアドレス線ができないからであ
る。更に、こう云う装置は、密度の制約並びに能動面積
が小さな分数であることによって、解像度が良くなく、
効率が低いこと、製造の歩留りが低いこと、アドレス回
路からの回折効果の為にコントラスト比が劣化すること
、及び酸化物フラップの充電効果の為に残像があること
を含めて問題がある。更に具体的に云うと、エピタキシ
ャル層をｐ＋エッチ・ストッパまでエッチングによって
除くことによって井戸を形成する為に、アドレス回路を
能動区域の下に配置するより他に案がない為に、アドレ
ス回路が能動区域（フラップ）の廻りに押込まれている
。従って、能動区域が大幅に減少すると共に、回折効率
も低下する。これは、スクリーンの同じ輝度に対して、
灯のより多くの電力が要求されることを意味する。 アドレス回路が余分の面積を必要とする為、画素寸法が
フラップ面積よりも大幅に大きくなり、その結果達成し
得る解像度が低下する。井戸を形成する為に湿式エッチ
ングが必要であることにより、電気的及び機械的な歩留
りが低くなる。実際、ダイス切りによってチップにした
後の湿式清浄化により、フラップ及び分度器が破壊され
る。これは、回転−洗浄／乾燥サイクルの間、はりの下
に捕捉された水が、表面から跳ねとばされる時に、はり
を壊す為である。この代りに水を表面から蒸発させると
、その後に表面の残渣が残り、これが表面洩れ電流を増
加し、それが装置の気紛れな動作を招くことがある。 更に、アドレス回路は、シリコン表面の上にあるので、
変調しようとする入射光に露出し、トランジスタのゲー
トからの望ましくない回折効果を生ずると共にコントラ
スト比を下げる。更に、アドレス構造に光が洩れること
により、光によって発生される電荷が生じ、蓄積時間が
短かくなる。最後に、酸化物／金属フラップは絶縁側が
井戸の方を向いていて、井戸の前後に存在する強い電界
の為に充電される。これが残像（バーンイン）を生ずる
。この残像の問題を除くのに必要な交流駆動は、そこで
説明されているＮＭＯＳ駆動回路から供給することがで
きない。更に、フラップが最大の安定な撓みを通り越し
て撓むと、それがくずれ、井戸の底にくっつく。従って
、このくずれる電圧より大きな電圧は絶対に避けなけれ
ばならない。

【００１２】片持ちばり方式の変形が２４　　ＩＢＭ　
　Ｊ．Ｒｅｓ．Ｄｅｖｐ誌６３１（１９８０年）所載の
Ｋ．ピーターセンの論文「シリコン捩れ走査鏡」及び４
　　ＩＥＥＥエレクトロン・デバイイス・レターズ誌（
１９８３年）所載のＭ．キャドマン他の論文「金属薄膜
を用いた新しい微小機械式表示装置」に記載されている
。 この方式は、２つの丁番で周囲の反射面に接続された金
属被覆のシリコン・フラップ又は金属フラップを形成し
、丁番によって形成された軸線に沿って、フラップを捩
ることによって動作する。フラップはその下にあるアド
レス用基板とモノリシックに形成されておらず、前に述
べた変形可能な膜装置と同様な形で、それに接着されて
いる。

【００１３】米国特許第４，３５６，７３０号は上に述
べたものの色々な面を組合わせ、シリコン基板に金属被
覆の二酸化シリコン片持ち分度器、隅で枢着したフラッ
プ及び捩れができるように枢着したフラップを設けてあ
る。アドレス電極（メモリ・アレイに於ける様なｘ−ｙ
アドレス動作の為、分度器又はフラップ毎に２つある）
が表面にあり、分度器又はフラップはスイッチ又はメモ
リ・ビットとして動作させることができ、閾値電圧を印
加することにより、シリコン基板にエッチングによって
作った穴の底に倒すことができる。この後、分度器又は
フラップは、それより小さい待機電圧により、穴の底に
保つことができる。

【００１４】片持ちばりについて論じた前の文献は、片
持ちばり装置にはシュリーレン投影光学装置を使うべき
であることを示唆している。然し、こう云う装置は達成
し得る光学的な性能の点で制約がある。第１に、結像レ
ンズの開口直径は、信号エネルギだけを通過させるのに
必要なよりも大きくしなければならない。その為、中央
のシュリーレン絞り掩蔽部の廻りに全部の信号エネルギ
を通過させる為には、レンズの速度を比較的高くなけれ
ばならない（又は、それと同じことであるが、そのｆナ
ンバーは比較的小さくしなければならない）。更に、こ
の結像形式では、信号がレンズの瞳（ｐｕｐｉｌ）の外
側部分を通過する。ＳＬＭ上の任意の所定の点から発し
て、結像レンズの瞳の一番外側の区域を通過する光線は
、どんな結像レンズの光学的な設計でも、合焦にもって
くる為に十分補正するのが最も困難な光線である。外側
の光線を良好に制御すれば、結像レンズの中心を通過す
る光線は自動的に十分に補正される。従って、結像レン
ズの光学的な設計には一層高度な複雑さが要求される。 第２に、結像レンズが軸外画素の十分に補正された像を
片持ちばりのＳＬＭに形成することができる画角も制限
される。どんなレンズの設計でも、レンズの速度と、良
好な画質でカバーし得る画角との兼合いである。 速いレンズは小さい視野に対して作用する傾向があり、
これに対して広角レンズは比較的遅い傾向がある。シュ
リーレン結像装置はその開口全体に亙って十分に補正し
なければならないし、この開口の直径が像を形成する光
を通過させるのに必要なよりも大きいから、レンズによ
ってカバーし得る画角は、信号が、ぼけていない、直径
の一層小さいレンズの中心を通過する様にした異なる結
像形式を工夫した場合よりも、一層小さくなる。最後に
、所定の有限の速度を持つ結像レンズでは、シュリーレ
ン絞り形式を使うと、利用し得る光源の寸法も制限され
る。それが、投影スクリーン、又は撓んだ画素の像の所
にある受光体に送出すことができる放射束密度レベルを
制限する。この放射束密度レベル、即ち、単位面積当り
に送出されるエネルギが、光源のラジアンス、光学系の
透過率及び像を形成する光線の円錐の立体角の積に関係
する。源のラジアンスは使われる特定の灯だけによって
決定される。光学系の透過率は、特定のＳＬＭ／シュリ
ーレン絞り形式に対する絞り効率と表面透過損失とに関
係する。然し、像を形成する光の円錐の立体角は、信号
エネルギで満される結像レンズの瞳の面積に正比例する
。結像レンズの瞳の中心区域をぼかす様なシュリーレン
絞りを使うと、利用し得る瞳の面積が制限され、従って
、所定の速度を持つレンズ及び所定のラジアンスを持つ
源に対して得られる結像平面の放射束密度レベルが制限
される。これは、利用し得る最大の光の円錐が、はりの
撓み角に等しい開口角を持つと云う基本的な放射束密度
の制限の他にあることである。

【００１５】公知のはりを用いたＳＬＭは、はり絶縁体
の充電効果、はりがくずれない様にする過電圧に対する
保護がないこと、光学的な効率の悪さ及び非一様性を招
く角度が小さく、一様でないはりの撓み、及び画素を高
い電圧でアドレスすることを含む問題がある。

【００１６】

【問題点を解決する為の手段及び作用】この発明は各々
のはりに対し、アドレス電極及びランディング電極の両
方を持ち、破壊的なくずれを伴わずに、構造的に決定さ
れた精密な角度にはりのソフト・ランディングができる
様にした撓み可能なはりを用いる空間光変調器を提供す
る。これが角度が小さくて、一様でないはりの撓み並び
に過電圧によるくずれの問題を解決すると共に、撓みサ
イクルの寿命及び光学的なコントラストを高める。好ま
しい実施例は、普通のバイアスのコントラストの劣化を
伴わずに、低い電圧でアドレスができる様にする差別バ
イアス方式を提供すると共に、その保守の為に連続的な
アドレス電圧を必要としない様なビームの撓みの２つ又
は３つの統計的に安定な状態を持つ２つの動作モードを
導入する。

【００１７】

【実施例】好ましい実施例の撓み可能なはりを用いる空
間光変調器（ＳＬＭ）は典型的には画素の線形又は面積
アレイで形成される。各々の画素が個別にアドレス可能
であって、少なくとも１つの撓み可能な反射ばりを持っ
ている。画素はモノリシックのシリコンをベースとした
チップの形で構成されている。チップはシリコン・ウェ
ーハを処理し、ウェーハのダイス切りによってチップを
作り、その後個々のチップの一層の処理によって製造さ
れる。チップの寸法は、用途によって変わる。例えば、
２，４００×１の画素の線形アレイ（これは１インチ当
たり３００ドットのプリンタの部品にすることができる
）は、画素を約１２μ（０．５ミル）平方として、約１
，３００ミル×２５０ミルのチップ上に作ることができ
る。ＳＬＭは、画素から光を反射させることによって動
作し、反射光は、撓み可能なはりの撓みを変えることに
よって変調される。この為、このＳＬＭは、撓み可能な
鏡装置（ＤＭＤ）と呼ばれ、撓み可能なはりは鏡要素と
も呼ばれる。次に述べるのは、主にＤＭＤに対する個別
の画素であり、説明を分り易くする為、全ての図面は略
図である。

【００１８】第１の好ましい実施例の方法によって製造
されるＤＭＤの第１の好ましい実施例の１個の画素が、
図１ａに斜視図、図１ｂに側面断面図、そして図１ｃに
平面図で示されている。全体的に２０で示した画素は、
基本的には浅い井戸を覆うはり（フラップ）であり、シ
リコン基板２２、絶縁スペーサ２４、金属丁番層２６、
金属ばり層２８、層２６乃至２８に形成されたはり３０
、及びはり３０にあるプラズマ・エッチ・アクセス孔３
２を含む。丁番層２６の内、はり層２８によって覆われ
ていない部分３４，３６が、はり３０をスペーサ２４に
よって支持された層２６−２８の部分に取付ける捩れ丁
番（トーション・ロッド）を形成する。電極４０，４２
，４６，４１がスペーサ２４及び基板２２の間を延びて
いて、二酸化シリコン層４４によって基板２２から隔離
されている。図１ｂは図１ａ及び図１ｃの線Ｂ−Ｂで切
った断面図である。

【００１９】画素２０の典型的な寸法を述べると、次の
通りである。はり３０は四角で、一辺の長さが１２．５
μであり、スペーサ２４は厚さが４．０μ（図１ｂの垂
直方向）であり、丁番層２６は厚さ８００Åであり、は
り層２８は厚さ３６００Åであり、丁番３４，３６は何
れも長さ４．６μ、幅１．８μであり、プラズマ・エッ
チ・アクセス孔３２は２．０μ平方であり、プラズマ・
エッチ・アクセスすき間３８（はり３０とはり層２８の
他の部分と間の空間）は幅２．０μである。約１０°の
最大のはり撓み角を生ずる様な画素２０に対する別の１
組の典型的な寸法は、次の通りである。はり３０が四角
であって、一辺の長さが１９μであり、スペーサ２４の
厚さが（図１ｂの垂直方向）が２．３μであり、丁番層
２６の厚さが７５０Åであり、はり層２８が３，０００
Åの厚さであり、捩れ丁番３４，３６は何れも長さ４．
６μ、幅１．０μであり、プラズマ・エッチ・アクセス
孔３２は１．５μ平方であり、プラズマ・エッチ・アク
セスすき間３８（はり３０とはり層２８の残りの部分の
間の空間）の幅は１．０μである。

【００２０】基板２２は比抵抗が約１０Ω−ｃｍの（１
００）シリコンであり、典型的にはその表面にアドレス
回路が形成されており、これは電極４０，４１，４２，
４６の他に、周辺装置を含む。スペーサ２４は絶縁体で
あるポジのフォトレジストである。丁番層２６及びはり
層２８は共にアルミニウム、チタン及びシリコン合金（
Ｔｉ：Ｓｉ：Ａｌ）であって、Ｔｉが０．２％、Ｓｉが
１％である。この合金の熱膨張係数はスペーサ２４と大
幅に違っていないので、これから説明する製造過程の間
に生ずる金属層及びスペーサ２４の間の応力を最小限に
する。２つの層２６，２８が同じ金属であることによっ
ても、応力が最小限に抑えられる。はり又は丁番の層の
間に応力があると、はり又は丁番の反り又はカールの原
因となり、金属とスペーサの間に応力があると、金属の
内、井戸の上方にある自由な部分の座屈又は反りの原因
になることに注意されたい。

【００２１】図１ａ乃至図１ｃの構造は、（１）はりの
金属の上の丁番の金属の段を覆う問題を伴わずに、はり
の金属を希望する様に厚くし、丁番の金属を希望する様
に薄くすることが可能になり、（２）はりの金属のデポ
ジッションの前に、丁番をスペーサの上の矩形片として
形成した場合に起る様な、処理の副作用に、はりの金属
の下にあるスペーサの表面が露出しないと云う２つの判
断基準を同時に満たす。

【００２２】画素２０は、金属層２６−２８と基板２２
上の電極４２又は４６の間に電圧を印加することによっ
て動作する。はり３０及び電極が空隙キャパシタの２つ
の極板を形成し、印加された電圧によって２つの極板に
誘起された反対の電荷が、はり３０を基板２２に引寄せ
る静電力を加え、これに対して電極４０，４１ははり３
０と同じ電圧に保たれる。この引力により、はり３０は
丁番３４，３６の所で捩れ、基板２２に向って撓む。図
２の略図はこの撓みと共に、電極４２に正の電圧が印加
された場合、すき間が最も小さい領域に電荷が集中する
ことを示している。２０乃至３０ボルトの範囲内の電圧
では、撓みは２°の範囲内である。勿論、丁番３４を一
層長くするか、或いは一層薄くするか、或いは一層幅狭
くすれば、丁番３４のコンプラィアンスが、その幅の逆
数に対して直線的に比例し、その長さの二乗に正比例し
、その厚さの三乗に反比例するから、撓みが増加する。 はり３０の厚さは、処理の間に発生した表面の応力によ
るはり３０の目立った反りを防止すること、然し丁番３
４の薄さにより、大きなコンプライアンスが得られるこ
とに注意されたい。図２は、ＤＭＤの動作中に起り得る
撓んだはり３０からの光の反射をも示している。

【００２３】はり３０の撓みは印加電圧の非常に非直線
的な関数である。これは、丁番３４の捩れによって発生
される復元力が、大体撓みの線形関数であるが、静電引
力が、はり３０の一番近い隅と基板２２の間の距離の逆
数の関数として増加するからである。（距離が減少する
と、静電容量が増加し、従って誘起される電荷の量が増
加すると共に、一層接近することに注意されたい。）図
３ａは画素１２０に対する撓みの電圧に対する大体の依
存性を示している。画素１２０は画素２０を簡単にした
もので、電極４２及び４０をアドレス電極１４２として
一緒に結合している（電極４１及び４６をアドレス電極
１４６として一緒に結合している）。図３ｂの平面図を
参照されたい。この図で画素１２０の要素は、画素２０
の対応する要素に比べて、参照数字を１００だけ増やし
てある。画素１２０の捩ればり１３０が不安定になって
、基板１２２に接触するまで曲る電圧が、くずれ電圧と
呼ばれる。くずれ電圧より若干小さい電圧では、撓みは
大体電圧の線形関数であり、（図３ａの破線参照）、こ
れがアナログ動作領域である。アナログ動作に関係する
電圧（４０−５０ボルト）は、集積回路に普通使われる
よりもずっと大きいことに注意されたい。

【００２４】画素２０の動作を解析する前に、単純にし
た画素１２０の定性的な解析をする。図４は画素１２０
の簡略側面断面図（図１ｂ及び図２と同様）であって、
使う変数を定義している。図３ｂは隣合う２つの画素１
２０の平面図である。図４に示す様に、アドレス電極１
４６及び捩ればり１３０が接地され、電圧φａ　がアド
レス電極１４２に印加される。これによって捩ればり１
３０が角度θだけ回転する。捩ればりの回転は、捩れば
り１３０の先端１３１が撓む距離ｚＴ　、又は撓んでい
ない捩ればりの先端１３１とアドレス電極１４２の間の
距離ｚＯ　に対して正規化した距離αとして表わすこと
ができる。

【００２５】

【数１】

【００２６】回転角が小さく、θをラジアンで表わした
場合、θとαは次の式の関係にある。

【００２７】

【数２】

【００２８】ここでＬは四角の捩ればり１３０の内、向
合った隅１３５，１３７で捩れができる様に枢着された
辺の長さである。

【００２９】アドレス電極１４２に電圧φａ　を印加す
ることによって隅１３５，１３７を通る軸線の廻りに捩
ればり１３０に加わるトルクは次の様に計算することが
できる。最初に、捩ればり１３０の内、回転軸線から距
離ｘの所にあって、幅ｄｘを持つ小さい（無限小）区域
を考える（図４の上側の図を参照）。捩ればり１３０上
のこの小さな区域と、アドレス電極１４２の間の小さな
垂直の容積の静電エネルギは、近似的に（フリンジ電界
を無視して、一様な電界を仮定すれば）、次の様になる
。

【００３０】

【数３】

【００３１】

【外１】 気変位である。ｚ０　−ｚが小さな垂直容積の高さであ
り、２（Ｌ／√２−ｘ）が、捩ればり１３０上の小さな
区域の長さであることに注意されたい。

【外２】 の差を隔たりで割ったものである。

【００３２】

【数４】

【００３３】電界によってこの小さな区域に垂直方向（
ｚ）に働く小さな力は、ｚ方向のｄＵの偏微分である。

【００３４】

【数５】 即ち、

【００３５】

【数６】

【００３６】この小さな力によって捩ればり１３０に加
わる小さなトルクはこの力のモーメントの腕がｘに等し
いから、ｘｄＦｚ　である。この為、アドレス電極１４
２にφａ　が印加されたことにより、捩ればり１３０に
加わる合計の引張るトルクτａ　は次の式で表わされる
。

【００３７】

【数７】

【００３８】ここで小さな角度の近似θ＝ｔａｎ（θ）
を使ってｚ＝ｘθと置いている。この積分を求めると

【
００３９】

【数８】

【００４０】ここでθはαで表わしてあり、正規化され
た撓みである。図５は３種類の異なるアドレス電圧（Ｖ
１　＜Ｖ２　＜Ｖ３　）に対し、αに対するτａ　の依
存性を示している。捩れ丁番の捩れによって発生される
復元トルクは次の式で表わされる。

【００４１】

【数９】

【００４２】ここでＣが捩れ丁番のコンプライアンスで
ある。復元トルクの大きさが、図５に破線で示されてい
る。正味のトルクがゼロになる点を解析することにより
、捩ればり１３０の安定な平衡点を見つけることができ
る。図５でφａ　＝Ｖ１　の時、Ｐ及びＱと記した点で
正味のトルクがゼロである。点Ｐ（α＝α１　）は、α
が何れの向きに小さな変化をしても正味のトルクがαを
α１　に向けて復元させるので、安定な平衡を表わす。 これと対照的に、点Ｑでは、αがα２　から遠ざける向
きの小さな変化をした時の正味のトルクは、この変化を
増加する様に作用する。これによってα１　に戻るか、
或いは先端１３１が電極１４２（α＝α１　にランディ
ングしてくずれる。φａ　が０とＶ２　の間のどの値で
も、同様な挙動になる。

【００４３】φａ　＝Ｖ２　の時、点Ｐ及びＱは、τａ
　及びτｒ　の曲線の接点の一点Ｒに合体する。点Ｒ（
α＝αｃ）は準安定な平衡を表わす。αがαｃ　よりも
低い方に変化すると、正味のトルクがαをαｃ　に向け
て復元するが、αがαｃ　より高い方に変化すると、正
味トルクが先端１３１をアドレス電極１４２へくずれさ
せる（α＝１）。φａ　がＶ２　より大きく、図５に示
すＶ３　である時、正味のトルクがゼロになる点がない
。従って、Ｖ２　がくずれ電圧であり、Ｖｃ　で表わす
。図６は上に述べたことを纏めたものである。φａ　を
ゼロからＶｃ　まで増加すると、安定な撓み平衡α１　
を増加することになり、φａ　＝Ｖｃ　の時安定な平衡
がαｃ　に達し、そこで平衡が消滅する。くずれる様な
撓み（α＝１）を含めると、画素１２０は、φａ　＜Ｖ
ｃ　に対し、２つの安定な平衡を持つものと見做すこと
ができる。その１つがアナログ平衡（撓みがφａ　に関
係する）であり、もう１つがφａ　に無関係なディジタ
ル（α＝１）である。

【外３】 の場合、アナログ平衡が消滅し、画素１２０はディジタ
ルになるだけである。

【００４４】くずれる時、捩ればりの先端１３１がアド
レス電極１４２に接触し、大きな電流が先端１３１を通
って電極１４２に流れ、先端１３１が電極１４２に溶着
することに注意されたい。従って、この特定の構造では
くずれは破壊的な現象である。捩れ丁番が非常に薄い場
合、丁番が可溶性リンクとして作用し、捩ればりがくず
れる時、ふっ飛ぶ。

【００４５】画素２０は、画素１２０が高い電圧で動作
し、捩ればりがその下にある電極に破壊的にくずれると
云う問題を解決する。画素２０は、電気的に捩ればり３
０に接続されたランディング電極４０，４１を追加する
と共に、アドレス電極４２をアドレス電極４６に接続し
ているが、アドレス信号φａ　を論理的に反転してある
。 図７の回路図参照。次に画素２０の動作を説明する。最
初に、一定のアドレス電圧信号φに対し、はり３０とア
ドレス電極４６の間に発生されるトルクτ＋　を、はり
３０の正規化撓みのαの関数として考える。最初、はり
３０及びランディング電極４０，４１が接地され（ＶＢ
　＝０）、電圧φがアドレス電極４２にも印加されてい
ると仮定する。単純化した画素１２０のトルクとは異な
り、トルクτ＋　は、αが１に近ずく時、∞になる傾向
がない。これは、はり３０の先端３１がランディング電
極４１当たり、はり３０をアドレス電極４６から離れた
状態に保つからである。画素１２０の先端１３１が電極
１４２に当たると云う破壊的な性質を持つのと対照的に
、先端３１がランディング電極４１に当たることは、ラ
ンディング電極４１とはり３０が電気的に接続されてい
るから、大きな電流パルスや先端３１のランディング電
極４１に対する溶着を招くことがない。更に、はり３０
がランディング電極４０向って反対向きに撓む時、はり
３０及びアドレス電極４６の間の隔たりが増加するから
、αは−１に近づき、τ＋　が減少する。図７参照。

【００４６】アドレス電極４２によってはり３０に発生
されたトルクτ−　は、対称性により、τ＋　と関係を
持つことが容易に分る。τ−　（α）＝−τ＋　（−α
）である。従って、両方のアドレス電極４２，４６に一
定電圧φが印加され、αと云う正規化撓みがある場合、
正味の引張るトルクτａ　は、和τ＋　＋τ−　であり
、正のトルクが電極４６に引張り、負のトルクが電極４
２に引張る。 αの関数としての正味の引張るトルクが図８に示されて
いる。τ＋　（α）及びτ−　（α）に対する曲線が、
画素１２０の説明でτａ　を導出したのと同様の形で、
導出される。図９は使われる変数を示している。これは
図４と同じ変数であるが、捩ればり３０の下にあるアド
レス電極４２，４６の範囲を表わすＬ′を追加している
。Ｌ′を次の式で定義した正規化距離βで表わすのが便
利である。

【００４７】

【数１０】

【００４８】即ち、画素１２０では、Ｌ′がＬ／√２に
等しく、βは１に等しい。この定義を用い、積分変数を
変えると、τ＋　に対する計算は次の様になる。

【００４９】

【数１１】

【００５０】これは部分分数によって直ちに積分され、
次の様になる。

【００５１】

【数１２】

【００５２】ここでｇ（α，β）は、この式によって定
義された無次元の関数である。β＝１／２と置くと、図
８の曲線になる。画素２０の動作を解析する為に、予備
的にアドレス電極４２，４６の両方がアース電位に保た
れている間、はり３０及びランディング電極４０，４１
に印加される正の差バイアスＶＢ　を増加する効果を考
える。（勿論、これによって両方のアドレス電極にＶＢ
　を印加し、はり３０及び両方のランディング電極を接
地するのと同じトルクが発生される。更に、負のＶＢ　
は対称的な結果を生ずるが、符号が簡単であるから、正
のＶＢ　だけを考える。）画素１２０の解析の場合と同
じく、正味のトルクがゼロ（引張るトルクτａ　及び復
元トルクτｒ　）を持つ点の計算が平衡点を決定する。 τｒ　は捩ればりの撓みと捩れ丁番のコンプライアンス
に関係するだけであるから、τｒ　は画素１２０の場合
と同じである。然し、画素２０に対する引張るトルクτ
ａ　は制限されていて、対称的であり、画素１２０（図
５参照）では、α＝１の時の制限されていないトルク及
びα＝０の時の正のトルクとは対照的に、α＝０の時に
ゼロを通過する（図８参照）。これが、次に述べる様に
、画素１２０の前に述べた動作との定性的な違いである
。図１０は、小さいＶＢ　を持ち、アドレス電極４２，
４６をアースした時の画素２０に対するτａ　及びτｒ
　を示す。正味のトルクはα＝０で消滅し、はり３０は
撓まないままである。（はり３０がランディング電極４
０または４１の一方にくずれるα＝±１を含めて）ゼロ
以外のαでは、正味のトルクがはり３０を撓まない状態
（α＝０）に復元し、これが唯一の安定な平衡である。 従って、これは単安定動作モードである。

【００５３】差バイアスをＶＢ　＝Ｖ１　（図１０）か
らＶＢ　＝Ｖ２　（図１１）に増加すると、正味のトル
クがゼロになる点が更に２点現われる。即ち、α＝０と
、α＝±１近くの点Ｐ及び−Ｐである。やはりα＝０が
安定な平衡であるが、点Ｐ及び−Ｐは、画素１２０に対
する図５の点Ｑと同様に不安定である。Ｐ及び−Ｐから
一層小さい｜α｜まで小さな変化をすると、はり３０を
撓まない状態α＝０に戻す正味のトルクが生じ、Ｐ又は
−Ｐの前後に一層大きな｜α｜まで小さな変化をすると
、はり３０をランディング電極４０又は４１（α＝±１
）にくずれさせる正味のトルクが生ずる。従って、この
差バイアスでは、はり３０はα＝０、±１の３つの安定
な平衡を持つ。従って、これは３安定動作モードである
。

【００５４】差バイアスをＶＢ　＝Ｖ２　から、ＶＢ　
＝Ｖ０　（図１２参照）に更に増加すると、τａ　及び
τｒ　曲線がα＝０で互いに接線となり、安定な平衡と
してのα＝０が消滅する。実際、αが０の前後に小さな
変化をどれだけしても、｜τａ　｜＞｜τｒ　｜になり
、はり３０はランディング電極の一方（α＝±１）にく
ずれる。差バイアスＶＢ　がＶ０　より大きい場合、画
素２０は引続いて２つの安定な点α±１を持つ。従って
、これは２安定動作モードである（図１３参照）。

【００５５】要約すれば、両方のアドレス電極を同じ電
位につなぐと、画素２０は小さな差バイアスでは単安定
（α＝０）になり、更に増加する差バイアスに対しては
３安定（α＝０，±１）になり、Ｖ０　に等しいか又は
それより大きい全ての差バイアスでは、２安定（α＝±
１）に落着く。差バイアスの増加に伴なうこの挙動の進
行は、差バイアスの種々の値に対し、はりの撓みの関数
として、捩ればり３０のポテンシャル・エネルギを描く
ことによりグラフで示すことができる（図１４参照）。 差バイアスの値が小さい場合（図１４のＶＢ　＝０）、
ポテンシャルがα＝０から両方向に増加する。はり３０
は単安定であり、ゼロの撓みが唯一の安定点である。Ｖ
Ｂ　がＶ１　まで増加すると、ポテンシャル・エネルギ
曲線の勾配がα＝±１で０になり、これらの点で正味の
トルクはゼロになる。ＶＢ　＞Ｖ１　では、ポテンシャ
ル・エネルギがα＝±１で下がり、α＝０とα＝±１の
間に障壁が発生する。この時はり３０は３安定である。 更にＶＢ　がＶ０　まで増加すると、α＝０で障壁が癒
着して消滅し、はり３０は

【外４】 では２安定になる。

【００５６】画素２０を２安定にする為に必要な極く小
さい差バイアスＶ０は次の様に導出される。はり３０及
びランデイング電極４０，４１にＶＢ　を印加し、アド
レス電極４２及び４６を接地すると、はり３０に対して
アドレス電極によって発生される正味のトルクは次のよ
うになる。

【００５７】

【数１３】

【００５８】ここでΔｇ（α，β）＝ｇ（α，β）−ｇ
（−α，β）であり、ｇ（α，β）は、画素１２０の解
析に関連して前に定義した無次元関数であり、τ０　は
無次元の量

【数１４】 である。図１８にこう云う関数を示す。この時、Ｖ０　
が、τａ　及びτｒ　がα＝０で接線になる様にするＶ
Ｂ　の値である。

【００５９】

【数１５】

【００６０】前に定めた定義を使うと、これは次の様に
書直すことができる。

【００６１】

【数１６】

【００６２】捩れ丁番のコンプライアンスＣが分ってい
れば、上に挙げた式をＶ０　について解いて、画素２０
を２安定にする差バイアスが分かる。Ｃが分らなければ
、Ｖ０　をアナログ・モードで画素を動作させる時のく
ずれ電圧Ｖｃ　の百分率として表わし、実験的に決める
ことができる。

【００６３】２安定画素２０をアドレス可能にする為に
、好ましい回転方向を設定しなければならない。両方の
アドレス電極４２，４６が接地されていれば、α＝０の
前後の小さな攝動により、はり３０を不規則に回転させ
、はり３０及びランディング電極４０，４１に差バイア
ス（ＶＢ　＞Ｖ０　）を印加した時、一方のランディン
グ電極にくずれる様にする。然し、差バイアスを印加す
る前に、γを１よりずっと小さい正の数として、アドレ
ス電極４６をφ＋　＝−γＶＢ　の電位に設定すれば、
はり３０及びランディング４０，４１に差バイアスＶＢ
　を印加すること（図１５参照）により、はり３０をラ
ンディング電極４１に向って回転させる正味のトルクが
発生される。これが図１６のτａ　曲線によって示され
ている。実際、ＶＢと反対の符号を持つφ＋　により、
捩ればりはα＝＋１の安定状態に「トリガ」される。φ
＋　及びＶＢ　の反対の符号は、たとえはり３０がまだ
撓んでいなくても、一旦差バイアスが印加されれば、ア
ドレス電極４６に対する引力がアドレス電極４２に対す
る引力よりも大きいことを意味する。更に、γが小さい
ことは、ＶＢ　を印加する前、はり３０は小さな距離だ
け回転すれば、図５の点Ｐと同様な安定な平衡点に達す
ることを意味する。これと対称的に、トリガ電位φ−　
をアドレス電極４２に印加すれば、差バイアスが印加さ
れた時、ビーム３０がランデ

【外５】 がＶＢ　と同じ符号であれば、これは大体、一旦差バイ
アスが印加された時、反対のアドレス電極に反対の符号
を持つトリガ電位を印加することに相当する。

【００６４】

【外６】 ＶＢ　を取去り、アドレス電極がアースに戻っても、安
定状態（α＝±１）にあるはり３０はその安定状態に止
まる。はり３０を一方の安定状態から他方の安定状態へ
トリガする為には、差バイアスを一時的にターンオフし
なければならない。差バイアスを再びターンオンした時
、２つのアドレス電極の電位が標本化され、はり３０が
適当な安定状態にトリガされる。図１７は、負のＶＢを
用いて、α＝１及びα＝−１の間ではり３０を交互に切
換えた時の時間線図である。

【００６５】γの大きさは、アドレス電圧と差バイアス
との比に丁度等しい。γを小さく作ることができればで
きる程、画素２０の動作電圧が一層小さくなる。γの解
析の初めに、差バイアス−｜ＶＢ　｜をはり３０とラン
ディング電極４０，４１に印加し、電極４２を接地した
時、電位φ＋　＝γ｜ＶＢ　｜を用いて、電極４６によ
って発生される引張るトルクを考える。（正のアドレス
電圧及び負の差バイアスを想定する。）電位差がφ＋　
＋｜ＶＢ　｜であるから、

【００６６】

【数１７】

【００６７】アースにある電極４２によって発生される
引張るトルクは、前に導出したものと同じである。 τ−　＝τ０　ｇ（−α，β） 従って、正味の引張るトルクは 　　　　　　　　τａ　＝τ０　〔（１＋γ）２　ｇ（
α，β）−ｇ（−α，β）〕

【００６８】図１９は、γ
＝０及びγ＝０．１に対するτａ　を示しており、γ＝
０では、画素２０は２安定であって、α＝０の時優先す
る回転方向がないことを示している。これと反対に、γ
＝０．１の時、正味のトルクはＰと記した点ではゼロで
あり、α＞−｜αｐ　｜の時、はり３０がランディング
電極４１に向って回転し、α＜−｜αｐ　｜の時、はり
３０がランディング電極４０に向って回転する。この時
、γは差バイアスを使うことにより、α＝０の時のトル
ク利得にも関係する。この利得は、φ＋　＝−γＶＢ　
の印加アドレス電圧とＶＢ　の印加差バイアスとを用い
た時のα＝０に於ける正味の引張るトルクと、φ＋　＝
−γＶＢ　の印加アドレス電圧を用いるが、印加差バイ
アスを用いない時のα＝０に於ける正味の引張るトルク
との比と定義される。即ち、

【００６９】

【数１８】

【００７０】例えば、ＶＢ　＝−５０ボルトでγ＝０．
１（即ちアドレス電圧φ＋　＝＋５ボルト）であれば、
Ｇ＝２１である。これは、α＝０に於けるトルクが、５
ボルトのアドレス電圧を５０ボルトの差バイアスと組合
わせた時には、５ボルトのアドレス電圧だけを使った時
の２１倍になることを意味する。このトルク利得の考え
が、やはり単独で作用する時に正味のトルクを発生する
、それなしの場合の一層小さいアドレス電圧によって発
生されるトルクに利得を加えると云う差バイアスの特徴
を説明する助けになる。

【００７１】画素２０でβ＜１のアドレス電極を使う特
徴は、画素１２０のはり１３０が、同様な動作状態のも
とで電極１４２又は１４６にぶつかる時のランディング
に比べて、はり３０がランディング電極４０又は４１に
ぶつかる時のソフト・ランディングである。最初に画素
１２０を考える。図２０は、くずれ電圧をアドレス電極
１４６に印加するが、電極１４６の幅をはり１３０の半
幅のβ倍に減少した時の画素１２０に対する引張るトル
ク及び復元トルクを示している（これは画素２０と同じ
βであり、はり１３０が電極１４６にぶつかる場合の引
張るトルクが無制限であることを避ける為に必要である
）。ランディング・トルクは、ランディングの撓み（α
＝１）に於ける引張るトルク及び復元トルクの間の差に
丁度等しい。復元トルクに対して正規化したランディン
グ・トルクは、この差をランディングの時の撓みに於け
る復元トルクで除したものである。

【００７２】

【数１９】

【００７３】ここで図２０の形状を使ってτｒ　（１，
β）＝τ０ｇ（αｃ　，β）／αｃ　と置換えている、
即ち、くずれる時の撓み（αｃ　）を大体１に等しくす
る様にβを選ぶことができれば、τｌ　は０に近づく。 β＝０．５の場合、くずれの撓みαｃ　＝０．９であり
、τｌ　は計算によって０．０１１になり、従ってラン
ディング・トルクはランディングの時の復元トルクの僅
か１％である。

【００７４】電極１４６の上に薄い誘電体層を適用する
と、β＝１の幅の電極１４６を使うことができる。これ
は、はり１３０が電極１４６にあたって壊れるのが防止
できるからである（事実上αは１．０より若干小さい値
に制限される）。従って、ランディング時の撓みαｌ　
は１より小さくすることができ、１に近づく積αｌ　β
がｇ（α，β）に於ける対数の特異点である。β＝１及
びαｌ　＝０．９８７（これは画素１２０のポリシリコ
ン電極１４６が２０００Åの二酸化シリコンで覆われ、
厚さ４μのスペーサ層を持ち、空気中で動作する場合に
対応する）に対する正規化ランディング・トルクは、計
算により約３．０６であり、くずれ時の撓みαｃ　＝０
．５４である。β＝１の時の正規化ランディング・トル
クと正規化ランディングβ＝０．５との比は、この為約
２７８である。これは正規化ランディング・トルクに対
するβの大きな影響を示している。

【００７５】ソフト・ランディングの効用を決定する際
、２つの効果を考慮すべきである。一番目の効果は、移
動するはりが電極（ランディング電極又はアドレス電極
上の誘電体の何れか）に当る時の衝撃によって発生され
る機械的な損傷に関係する運動効果である。２番目の効
果は、持続的なランディング・トルクが原因ではりと電
極の間に生ずる冷溶着効果に関係する静止効果である。 静止効果は、前に考えたランディング・トルクを下げる
ことによって減少し、運動効果はランディング時の運動
エネルギ（速度）を下げることによって減少する。 ランディング時の運動エネルギは機械的な制動の程度に
応じて極端な２つの場合に分けて計算することができる
。制動は、はりが急速に回転（こ

【外７】 はりと電極の間のすき間にある空気の変位によって起る
。２つの極端な場合は過剰制動及び制動なしである。

【００７６】過剰制動の場合、はりの速度は持続的な引
張るトルクが存在しない時、急速にゼロにされる。この
為、正規化ランディング・トルクを減らす様にβを選ん
だ場合、ランディングの時、速度はゼロまで減少する。 制動無しの場合、運動エネルギははりが電極にぶつかる
まで絶えず増加し、τａ　−τｒ　をα＝０からα＝１
まで積分することによって計算することができる。β＝
０．５の時のこの積分とβ＝１．０の時のこの積分との
比は、前に考えた正規化ランディング・トルクの比より
更に小さい。従って、ソフト・ランディングは、画素１
２０に対する静止及び運動ランディング効果の両方を減
少するのに有効である。差バイアスのレベルを画素２０
を２安定にする様にした時（ＶＢ　＝Ｖ０　）の画素２
０に対するソフト・ランディングの解析は、次の通りで
ある。 図２１はγ＝０（曲線１）及びγ＝０．１（曲線２）の
場合のτａ　を示している。ＶＢ　＝Ｖ０　と云う条件
は、α＝０で引張るトルク及び復元トルクの曲線が接す
ることを意味する。

【００７７】

【数２０】

【００７８】２安定画素２０に対する正規化ランディン
グ・トルクは次の様になる。

【００７９】

【数２１】

【００８０】β＝０．５及びγ＝０．１の場合、正規化
ランディング・トルクは０．７４である。即ち、ランデ
ィング・トルクは復元トルクの７４％である。これと反
対にβ＝１．０、α＝０．９８７及びγ＝０．１の場合
、正規化ランディング・トルクは１５．８であり、従っ
て、ランディング・トルク比は２１．４である。

【００８１】正規化ランディング・トルクは、図２２に
示す様に、保持電圧ＶＨ　を測定することによって、実
験的に決めることができる。上側のτａ　曲線は、画素
２０を２安定にする小さな差バイアスＶ０　及びアドレ
ス電圧φａ　＝−γＶＢ　に対する引張るトルクを表わ
しており、ビームがランディングする時のランディング
・トルクはτｌ　である。ここでγが一定であり、ＶＢ
　の大きさをＶ０　より下にゆっくりと減少したと仮定
する。ＶＢ　＝ＶＨ　の時、τａ　（１）の大きさがτ
ｒ　（１）に減少し、ランディング・トルクはゼロに減
少している。更に小さい｜ＶＢ　｜の時、正味のトルク
は、はり３０を図２２でＰと記したアナログ平衡位置に
復元させる方向である。従って、ＶＢ　をゆっくりと減
少し、その大きさがＶＨ　より若干小さくなると、はり
３０は突然にランディングした位置から解放され、ずっ
と小さい撓みアナログ平衡へ戻る。

【００８２】従って、２安定モードに於ける画素２０の
動作は、一定のγに対し、差バイアスＶＢ　の関数とし
てαを示すグラフである図２３に示すヒステリシス曲線
で説明することができる。点（０）ではＶＢ　＝０であ
り、従ってφａ　＝−γＶＢ　もゼロであり、はり３０
は撓まない（α＝０）。点（０）から点（１）まで、画
素２０はアナログ・モードであり、アドレス電極１４２
を接地した時のアドレス電極４６に印加されるアドレス
電極（φａ　＝−γＶＢ　）により、はり３０の撓みは
１未満の安定な平衡α（ＶＢ　）になる。ＶＢ　が増加
するにつれてαｃ　の撓みを持つ点（１）でＶＢ　＝Ｖ
０　の時の２安定動作に達するまでαが増加し、はり３
０は点（２）でランディング電極４０にくずれる。この
時、はり３０は、ＶＢ　の大きさを減少する時、点（３
）でＶＢ　＝ＶＨ　に達するまでランディング電極４１
上に止まり、はり３０が電極４１から解放される。解放
されたはり３０が、アナログ・モードでＶＨ　に対応す
る撓みまで戻る（図２３の点（４）参照）。

【００８３】ディジタル装置の場合と同じく、２安定モ
ードで動作する画素２０は、画素のあるパラメータが所
期の動作点から特定量以上ずれる場合、正しい安定状態
に切換らない。許される偏差量が雑音余裕と呼ばれる。 画素の何れかのパラメータが雑音余裕より大きく変化す
ると、画素は間違った状態に切換わる。更に、１つのパ
ラメータが所期の動作点からずれたり、或いは雑音があ
ると、画素の他のパラメータの雑音余裕が減少する。

【００８４】誤った２安定動作を招く恐れがある様な、
画素２０のパラメータの最も重要な２つの偏差は、（ｉ
）平坦さからの捩ればり３０の偏差、及び（ｉｉ）捩れ
丁番３４，３６及びはり３０に対するアドレス電極４２
及び４６の整合外れである。最初に平坦さからのはり３
０の偏差の余裕Δαを考える。図２４は、（はり３０を
ランディング電極４１に於けるα＝＋１に撓ませる為に
）電極４６にアドレスされた画素２０に対す引張るトル
クτａ　と復元トルクτｒ　とを、平坦さからのはり３
０の３種類の偏差（（１），（２），（３）と印す破線
）に対して示している。線（１）では、はり３０は平坦
であり、正味のトルクがはり３０をα＝＋１に向けて回
転させる。線（２）では、はり３０には−｜αｍ　｜の
組込みの初期の撓み（ランディング電極４０に向う方向
）を持っており、アドレス電極４６に対するアドレス電
圧と差バイアスとが印加され、アドレス電極４２がアー
スであると、組込みの初期の撓みの為に、正味のトルク
はゼロになる。線（３）では、組込みの初期の撓みが非
常に大きく、電極４６に対するアドレス電極と差バイア
スとが印加され、電極４２がアースであると、はり３０
をα＝−１に向けて回転させる正味のトルクが生ずる。 即ち、間違った安定状態が生ずる。従って、｜αｍ　｜
が、はりの平坦さからの許容し得る最大偏差であり、角
度偏差に対する余裕と呼ばれる。｜αｍ　｜は単に次の
式の解を見つけることによって計算される。

【００８５】 　　　　τａ　（α）＝τ０　〔（１＋γ）２　ｇ（α
，β）−ｇ（−α，β）〕＝０｜αｍ　｜《１の場合、
関数ｇには近似が容易であり、その解は次の通りである
。

【数２２】 勿論、ランディング電極４６の方向の角度の余裕も対称
性によって同じである。

【００８６】β＝０．５でγ《１の場合、αｍ　　に対
する式は次の様に簡単になる。 αｍ　＝±１．６γ 角度偏差の余裕は予想通りγと共に増加し、平坦さが悪
くなるにつれて、正しい動作の為には、差バイアスに対
して一層大きなアドレス電圧が必要になる。例えば、γ
＝０．１でランディング角度が１０°である場合、｜α
ｍ　｜＝０．１６であり、これは平坦さからの角度偏差
が１．６°であることに対応する（αが正規化された撓
みであることを思出されたい）。０．５°の平坦差が日
常的に実際に達成された。

【００８７】はり３０及び捩れ丁番３４，３６に対する
アドレス電極４２，４６の一形式の整合外れが図２５の
平面図に示されている。即ち、電極は対角線に沿ってラ
ンディング電極４０の方向に、そしてランディング電極
４１から離れる向きに、距離εだけ整合外れになってい
るが、他の全ての整合は正しい。簡単の為、この整合外
れだけを解析する。最初、図２５に示す様に、この整合
外れが、はり３０と電極４２，４６の間の陰影を施した
差の面積を定める。こう云う面積が差バイアス及びアド
レス電圧によって発生されるトルクの変化を招く。面積
±ΔＡ２　によるトルクの変化は、そのモーメントの腕
が小さい為に無視し、電極４６のアドレス電極φａ　＝
γＶＢ　であり、電極４２が接地されていると仮定する
。この為、面積−ΔＡ１　が正のトルクτ＋　を減少さ
せ、面積ΔＡ１　が負のトルクτ−１を増加させる。図
２６は、３つの整合外れに対する、引張るトルクに対す
るこの影響を示している。曲線（１）では、整合外れε
がゼロであり、正味のトルクが正であり、従ってはり３
０が正しいランディング電極まで回転する。曲線（２）
では、整合外れがεｍ　に等しく、α＝０の周りの引張
るトルクが近似的に復元トルクに等しく、正味のトルク
がゼロであり、従ってはり３０の変動によって、ランデ
ィング電極４０又は４１のどちらまではり３０が回転す
るかが決まる。曲線（３）の一層大きな整合外れε＞ε
ｍ　では、α＝０に於ける正味のトルクが負であり、は
り３０はランディング電極４１ではなく、ランディング
電極４０まで回転する。即ち、間違った安定状態になる
。余裕εｍ　を決定する為、単にτ＋　及びτ−　に対
する整合外れεの影響を計算し、α＝０でτａ　をゼロ
にするεを解く。勿論、整合外れεは、異なる幅の電極
で同じであり、従って　　　　　　　　τ＋　（α）＝
τ０　（１＋γ）２　ｇ（α，β−ε√２／Ｌ）　　　
　　　　　τ−　（α）＝−τ０　ｇ（−α，β＋ε√
２／Ｌ）非常に小さいαに対するｇ（α，β）の漸近形
が、ｇの定義から容易に導出される。

【数２３】 小さなεに対しては、α＝０でτａ　が消滅すると云う
条件は、次の様になる。 　　　　　　　　（１＋γ）２　（β−ε√２／Ｌ）２
　−（β＋ε√２／Ｌ）２　＝０従って、

【数２４】 例えば、γ＝０．１でβ＝０．５の時、整合外れの余裕
はεｍ　＝０．０２Ｌである。Ｌ＝１２．５μの画素２
０では、εｍ　＝０．２５μであり、これは典型的な電
流ステッパの整合外れを超える。勿論、γを増加すれば
、εｍ　が増加する。

【００８８】アドレス電極の整合外れは、図２７に好ま
しい実施例画素２２０の側面断面図として図式的に示す
様に、平衡電極を使うことによっても補償することがで
きる。画素２２０がアドレス電極２４２，２４６、ラン
ディング電極２４０及び２４１、並びにアドレス電極と
ランディング電極の間に介在配置された平衡電極２４３
，２４５を持っている。整合外れがなければ、平衡電極
は差バイアス電圧にバイアスされる。これに対して（前
に説明した場合の様に）ランディング電極２４０の方向
のアドレス電極の場合の整合外れがあれば、その平衡電
極はアースに向けてバイアスされ、整合外れを打消す余
分のトルク（τ＋　を増加する）を供給する。整合外れ
が反対向きであれば、平衡電極２４３をアースに向って
バイアスする。

【００８９】前に計算した雑音余裕は独立ではなく、そ
の効果が相互作用して余裕を小さくする。例えば、図２
８は、整合外れがゼロの場合、及び整合外れが余裕の半
分に等しい場合（ε＝１／２εｍ　）の２つの２安定ア
ドレス状態（＋電極４６又は−電極４２をアドレス）に
対する引張るトルクを示している。角度偏差αｍ　に対
する余裕が、整合した場合及び整合外れの場合の両方に
対して示されており、云うまでもないが整合外れの場合
、角度偏差の余裕は、＋電極に対しては、整合している
場合の余裕の半分であり、−電極に対しては、余裕が５
０％大きくなる。勿論、この説明は、対称的であり、角
度偏差の余裕の範囲内での平坦でないことにより、整合
外れの余裕が小さくなる。γが増加すると、余裕が拡大
する。

【００９０】はり３０及びランディング電極４０，４１
が電気的に接続されていて、動作中、はり３０がランデ
ィング電極４０，４１にソフト・ランディングをするに
も拘らず、はり３０がランディング電極４０又は４１に
膠着することがある。この他の、次に述べる電気リセッ
ト方法を画素２０に用いて、捩れ丁番３４，３６によっ
て発生される復元トルクを増強して、はり３０をランデ
ィング電極４０又は４１の一方から引張って離し、はり
３０を撓みのない位置にリセットすることができる。一
番目の方法は、アドレス電極４２をリセット電極として
使い、アドレス電極４６をアドレス動作に使う。画素２
０は単安定又は３安定モードで動作させ、一方の方向（
ランディング電極４１へ向う方向）だけに回転させる。 このリセット方法は、差バイアス及びアドレス電圧の両
方がアースにある時間の間に、リセット電極４２に高圧
パルス（１マイクロ秒の９０ボルト）を印加する。 時間線図は図２９を参照されたい。この図は、はり３０
及びランディング電極４０，４１に印加される差バイア
スφＢ　が消滅する時間の間に電極４２に印加されるリ
セット・パルスφＲ　、撓み、撓み無し及び撓みの順序
に対し、電極４６に印加されるアドレス電圧φＡ　、及
びその結果生ずるはりの撓みαを示している。はり３０
がランディング電極４１に膠着すると、リセット電極４
２のパルスが、捩れ丁番３４，３６の復元トルクによっ
てはり３０をランディング電極４１から離す様に引張る
のを助ける持続時間の短いトルクを発生する。然し、は
り３０がランディング電極４１に膠着せず、撓まなかっ
た場合、リセット電極４１のパルスがはり３０をランデ
ィング電極４０の方へ回転させる。然し、パルスの短か
い持続時間（１マイクロ秒）は、はり３０の時定数（約
１２マイクロ秒）より短かく、はり３０はランディング
電極４０に到達せず、捩れ丁番３４，３６の復元トルク
がはり３０を撓まない状態に戻す。ランディング電極４
０の方向のこの持続時間の短かい変動が、図２９の負の
αの値までのくぼみによって示されている。又はり３０
が膠着しない場合、捩れ丁番３４，３６の復元力が、図
２９のαのグラフに破線で示す様に、はり３０をα＝０
に戻す。１つの集積回路チップ上にある画素２０のアレ
イの全てのリセット電極をチップ上で互いに結合し、１
つのチップ外の高圧パルス駆動器がリセット・パルスを
供給する。

【００９１】図３０ａ及び図３０ｂに第２のリセット方
法が示されており、これは捩れ丁番３４，３６の回転し
ない曲げを使って、膠着したはり３０をランディング電
極４０又は４１から引離すのを助ける。この方法では、
リセット・パルスが、アドレス電極４２，４６が接地さ
れている間に、ランディング電極４０，４１及びはり３
０へ印加される。画素２０のアレイでは、差バイアスバ
スを使って、全てのランディング電極を一緒に接続する
ことができ、このバスを捩ればり３０を含む反射層２６
−２８に接続し、リセット・パルスが差バイアスバスだ
けに印加される様にする。最初のリセット方法とは対照
的に、第２のリセット方法では、画素２０は任意のモー
ドで動作させることができる。アドレス電極を接地した
状態ではり３０にリセット・パルス（典型的に１マイク
ロ秒の間の６０ボルト）を印加すると、はり３０が撓ん
でいないか、或いは一方のランディング電極に膠着して
いるかどうかに関係なく、はり３０が基板２２の方へ撓
む。捩れ丁番３４，３６の回転しない曲げが、この撓み
のポテンシャル・エネルギを蓄積する。時間線図は図３
０ａ、そして撓みは図３０ｂを参照されたい。図３０ａ
では、はり及びランディング電極のバイアスφＢ　は、
差バイアス（−｜φＢ　｜）に対して反対の極性のリセ
ット・パルス（−｜ＶＲ　｜）を持っているが、リセッ
ト・パルスは、同じ極性を持っていても良い。アドレス
電圧（電極４６に対するφＡ　（＋）及び電極４２に対
するφＡ　（−））は、はり３０が最初はランディング
電極４１まで、次にランディング電極４０に、そして最
後に再びランディング電極４１に撓む順序の場合である
。リセット・パルスの終りに、蓄積されたポテンシャル
・エネルギが放出され、はり３０を真直ぐ上向きに引張
るインパルスを加える。この為、撓んでいないはり３０
は、撓みのない状態の前後に垂直減衰振動をする。これ
に対して、膠着したはり３０がランディング電極から引
離され、復元力が、それを撓んでいない状態へ戻すと共
に、やはり垂直減衰振動を持つ。この第２のリセット方
法は、ランディング方向がどちらであっても、はりをリ
セットするから、リセット・パルスが印加されるやいな
や、取扱いによる静電放電によるはりの誤ったくずれ及
び膠着があっても、それは自動的に補正される。図３０
ｂは、アドレス電極４２，４６の間にある捩れ丁番の軸
線に沿った、垂直方向に撓んだはり３０の側面断面図で
あり、これを参照されたい。

【００９２】図３１は、その各々の画素が画素２０と同
様である第２の好ましい実施例の画素３２０，３２０′
，３２０″，…の線形アレイ３１０の一部分の平面図で
ある。画素３２０では、はり３３０、捩れ丁番３３４，
３３６、ランディング電極３４０，３４１及びアドレス
電極３４２，３４６が示されている。画素３２０′も同
様である。ランディング電極が全部中心の金属線３４３
に接続されていることに注意されたい。線形アレイ３１
０は、図３２ａ乃至図３２ｃに図式的に示す静電印刷に
使うことができる。図３２ａは、光源と光学系３５２、
アレイ３１０、結像レンズ３５４及び光導電ドラム３５
６を含む装置３５０の斜視図であり、図３２ｂ及び図３
２ｃはその側面図及び平面図である。源３５２からの光
はシート３５８の形をしていて、線形アレイ３１０を照
射し、はり３３０，３３０′，３３０″…の間の区域か
ら反射された光がシート３６０を形成する。負の向きに
撓んだはりから反射された光がシート３６１内にあり、
正の向きに撓んだはりから反射された光がシート３６２
内で結像レンズ３５４を通過し、撓んだ各々のはりに対
してひとつずつの一連のドットして、線３６４内でドラ
ム３５６上に集束される。線形アレイ３１０が実際には
２列の画素であるから、ドラム３５６上の像は、２本の
線の中にあるドットであり、一方の列の画素のアドレス
を電子的に遅延させると共に、ドラムを回転させること
により、像のドットが１本の線３６４になる。この為、
ドラム３５６が回転する時、ドラム３５６上に一度に線
３６４のドットを形成する様に、一度に１本の線ずつの
情報をアレイ３１０に供給することにより、ディジタル
化されていて、ラスタ走査形式である本文のページ又は
グラフ情報のフレームを印刷することができる。こう云
うドット像が、ゼログラフィーの様な標準的な方法によ
り紙に転写される。θをランディング電極３４１上にあ
る時のはり３３０の撓み角とすると、シート３５８の入
射角が、線形アレイ３１０に対する法線から２θである
時、シート３６２は線形アレイ３１０に対して法線方向
である。この幾何学的な関係が図３２ｂに示されており
、結像レンズ３５４を線形アレイ３１０に対して法線方
向の向きすることができる。正の向きに撓んだ各々のは
りが、３つのはりに対し図３２ｃに図式的に示す様に、
結像レンズ３５４に対する光源３５２の像３５５を作る
。

【００９３】画素が２安定モードで動作する線形アレイ
３１０は片持ちばりの画素の線形アレイに比べて利点が
ある。それは（ｉ）２安定画素は一層大きな撓み角で動
作し、従って光源から見込む角度を大きくしてドラムに
一層明るいドットを作ることができ、（ｉｉ）ターンオ
フの画素は捩ればりが、片持ちの場合の様に、撓まない
だけでなく、反対向きに撓み、それがターンオフの画素
からの反射角を２倍し、はりの湾曲による光学的なコン
トラストの劣化を少なくし、印加電圧がゼロの場合の角
度偏差の影響をなくし（ｉｉｉ）輝度の一様性が改善さ
れるからである。この改善は、撓み角がスペーサの厚さ
の直線的な関数であって、非線形動作領域に関係しない
為である。非線形動作領域では、撓みの一様性が片持ち
ばり場合と同じく、スペーサの厚さ及び丁番のコンプラ
イアンスの影響を非常に受ける。

【００９４】線形アレイ３１０にある個々の画素のアド
レス動作が、簡単にした形で図３３及び図３４に示され
ている。図３３はアドレス電極４４６に沿った１個の画
素４２０の断面図で、入力及び付能ゲート４５０を示し
ており、図３４は平面図であって、画素４２０及び４２
０′とアドレス回路を示している。Ｔｉ：Ｓｉ：Ａｌ電
極４４６が、ｐ形シリコン基板４４２から二酸化シリコ
ン４４４によって絶縁されており、はり４３０を撓ませ
る電圧が電極４４６に印加され、金属層４２６−４２８
が全ての画素に対する共通のバイアスであり、基板４２
２が接地される。ランディング電極４４１及び４４０（
画素４２０′のランディング電極４４１′と共有する）
が金属層４２６−４２８に接続され、従ってはり４３０
に接続される。付能ゲート４５０がポリシリコンであり
、基板４２２からゲート酸化物４５４によって絶縁され
ており、ｎ＋形にドープされた領域４５２，４５６，４
５２′，４５６′…及び４６２，４６６，４６２′，４
６６′…がＭＯＳＦＥＴのドレイン及びソースを夫々形
成し、付能ゲート４５０が共通のゲートである。アドレ
ス電極４４２，４４６に対する入力がＭＯＳＦＥＴのド
レイン４５２，４５６に印加され、ＭＯＳＦＥＴが付能
ゲート４５２によってターンオンした時、アドレス電極
に接続される。

【００９５】基板３２２上のアドレス電極３４６を含む
画素３２０を製造する第１の好ましい実施例の方法の工
程が、図３５ａ乃至図３５ｅの側面断面図に示されてお
り、次にこれを説明する。

【００９６】（ａ）最初、（１００）シリコン基板３２
２上に２０００Åの熱酸化物３４４を成長させる。次に
、酸化物３４４の上に３０００ÅのＴｉ：Ｓｉ：Ａｌ（
０．２％Ｔｉ及び１％Ｓｉ）をスパッタリングによって
デポジットし、電極３４６を定める様にパターンを定め
てプラズマ・エッチする。図３５ａ参照。

【００９７】（ｂ）ポジのフォトレジストを回転付着さ
せ、３回の適用に別けて焼成して、合計の厚さが４μに
なる様にしてスペーサ３２４を形成する。レジストの３
回の適用により厚さを構成するのは、１つの非常に厚手
の層を回転付着する時起り得るレジストの表面の波を避
ける為である。毎回レジストを適用した後に、前の層が
レジストの溶媒に溶解するのを防止する為、並びにスペ
ーサから過剰に溶媒を追出す為に約１８０℃に焼成する
ことが必要である。最後の焼成は、はりパターンの写真
製版用のフォトレジストの焼成の間、丁番金属の下に溶
媒の泡が形成されない様にする。基板３２２の表面上に
どんな回路が形成されていても、フォトレジストが平面
化することに注意されたい。ポジのフォトレジストは、
クロロベンゼンに不溶性のものを選ぶことが好ましく、
例えばノバラックをベースとしたレジストにする。その
後、有機のスペーサ３２４と金属層３２６の熱膨張の食
違いを最小限に抑える為に、できるだけ室温に近い基板
の温度で、丁番層３２６を形成する為に、８００ÅのＴ
ｉ：Ｓｉ：Ａｌ（０．２％Ｔｉ及び１％Ｓｉ）をスパッ
タリングによってデポジットする。このアルミニウム合
金が、純粋なアルミニウムのデポジッションによって起
る小山を最小限に抑える。次に、１５００Åの二酸化シ
リコンをＰＥＶＣＤによってデポジットする。その後酸
化物のパターンを定めてエッチして、捩れ丁番のエッチ
・ストッパ３４８を形成する（平面図で見るとエッチ・
ストッパ３４８は、捩れ丁番３３４，３３６になる区域
と、丁番の各々の端に於ける小さな延長部とを占める）
。パターン決め及びエッチングに使われたフォトレジス
トをプラズマによって剥す。図３５ｂ参照。

【００９８】（ｃ）はり層３２８を形成する為の３６０
０ÅのＴｉ：Ｓｉ：Ａｌ（０．２％Ｔｉ及び１％Ｓｉ）
をスパッタリングにより、やはり室温の近くでデポジッ
トし、フォトレジスト５０を回転付着させる。金属のデ
ポジッションは、金属層の間に応力が発生しない様に、
丁番層３２６のデポジッションと同じ条件のもとで行な
う。フォトレジスト５０のパターンを定めて、プラズマ
・エッチ・アクセス孔３３２及びプラズマ・エッチ・ア
クセスすき間３３８及び丁番３３４，３３６を定める。 パターン決めしたフォトレジスト５０を次にマスクとし
て使い、金属層３２６，３２８のプラズマ・エッチング
を行ない、丁番エッチ・ストッパ３４８が、丁番層３２
６の内、丁番３３４，３３６となる部分のエッチングを
防止する。アルミニウム合金のプラズマ・エッチは、塩
素／３塩化硼素／４塩化炭素エッチ・ガス混合物を用い
て行なうことができる。その代りとしては、工程（ｂ）
に於ける様に、二酸化シリコンのマスクを使い、フォト
レジスト５０の代りに、２０００Åのパターンを定めた
二酸化シリコンを使う。この代案では、アルミニウム合
金のエッチは、４塩化シリコンを用いた反応性イオン・
エッチングにすることができる。丁番の厚さが層３２６
の厚さによって決定され、丁番の幅がエッチ・ストッパ
３４８の幅によって決定されることに注意されたい。従
って、プロセスの３つの異なるパラメータにより、丁番
３３４，３３６のコンプライアンスを調節することがで
きる。図３５ｃ参照。

【００９９】（ｄ）接着層として作用する様に、ポジの
フォトレジストの薄層を回転付着させ、次に後続の工程
の間の保護層として、１．５μのＰＭＭＡ（ポリメチル
・メタクリレート）５２を回転付着し、基板３３２をダ
イス切りにしてチップにする（各々のチップが空間光変
調器になる）。ダイス切りの破片が、図３５ｄでＰＭＭ
Ａ５２の上に乗っかっていることが示されている。

【０１００】（ｅ）クロロベンゼンを吹付け、直ちに遠
心作用にかけることにより、ＰＭＭＡ５２を溶解する。 レジスト（又は酸化物）５０及びスペーサ２４がクロロ
ベンゼンに溶解しないことに注意されたい。こうして、
はり３３０が破片に直接的に露出することなく、ダイス
切りの破片が除かれる。最後に、レジスト５０及びスペ
ーサ３２４を酸素中で、数％の弗素（例えばＣＦ４　又
はＮＦ３　からの）を用いて等方性のプラズマ・エッチ
にかけ、エッチ・ストッパ３４８の露出部分を除去する
。このエッチングは低い温度で行ない、はり３３０の下
に井戸を形成するのに丁度十分なだけのスペーサ３２４
を取除くように監視する。図３５ｅ参照。この図は図１
ｂと同様であるが、断面が異なる。図３５ｅはエッチ・
ストッパ３４８の残り３４９を示している。これが図１
ａ及び図１ｃでは省略されているが、それは第２の好ま
しい実施例の製造方法（これから説明する）では、この
残りが避けられるからであり、図１ａ及び図１ｃでは分
り易くする為に省略されているからである。図３６ａ乃
至図３６ｃは、スペーサ３２４のエッチングの段階を平
面図で示し、図３７ａ乃至図３７ｃはそれを断面図で示
す。

【０１０１】図３８は、画素５２０，５２０′，５２０
″を含む第３の好ましい実施例の画素の線形アレイの一
部分の平面図を示す。はり５３０，５３０′，５３０″
は８角形であり、夫々プラズマ・エッチ・アクセス孔５
３２，５３２′，５３２″とプラズマ・エッチ・アクセ
スすき間５３８，５３８′，５３８″を持っている。プ
ラズマ・エッチ・アクセスすき間５３８，５３８′が、
はり５３０，５３０′の間に共通の部分を持ち、他のす
き間も突合わせる画素の間に同様にある。はり５３０，
５３０′，５３０″…の下のスペーサ５２４内の井戸が
一緒に接続され、図３８に破線で示す様に、１つの長い
井戸を形成する。アドレス電極５４２，５４６，５４２
′，５４６′…及びランディング電極５４０，５４１，
５４０′，５４１′…が図３８に破線で示されている。 例えば５４１及び５４０′の様に、突合せのランディン
グ電極が共有である。分り易くする為、図３８では、捩
れ丁番５３４，５３６は、はり５３０，５３０′，５３
０″…と同じ層から作られるものとして示されている。

【０１０２】図３９ａ乃至図３９ｄは別のはりの形状を
示す平面図である。特に、図３９ａは、片持ち丁番５７
２、プラズマ・エッチ・アクセス孔５７４、プラズマ・
エッチ・アクセスすき間５７６、アドレス電極５７８及
びランディング電極５７９を持つ片持ちばり５７０を示
す。片持ちはりは一方向に撓むだけであり、図５の曲線
と同様なトルク曲線を持っているが、制限されており、
従って単安定及び２安定（１つの安定な撓み点とランデ
ィング電極５７９にくずれた状態）動作しか利用するこ
とができない。

【０１０３】図３９ｂは、捩れ丁番５８１、５８２、プ
ラズマ・エッチ・アクセスすき間５８６、アドレス電極
５８８及びランディング電極５８９を持つ捩ればり５８
０を示す。はり５８０は一方向にだけ撓み、はり５７５
と動作が同様である。図３９ｃは、４つのはりからなる
群の逆にした突合わせのクローバの葉として配置された
片持ちばり５９０，５９０′，５９０″…の線形アレイ
を示す。線形アレイ５１０と同じく、はり５９０，５９
０′，５９０″…の下の井戸が一緒になって、破線で示
す様に１つの細長い井戸を形成する。片持ち丁番５９２
，５９２′，５９２″が、はりと同じ層から作られるも
のとして示されており、見易くする為に、アドレス及び
ランディング電極は示していない。

【０１０４】図３９ｄは、４つずつの群に纏めて、片持
ち丁番５６２，５６２′，５６２″…によって柱５６１
，５６１′，５６１″上に支持された片持ちばり５６０
，５６０′，５６０″…の面積配列の一部分を示す。 はりに対するランディング電極は、電極５６３の様に、
列に分けて接続することができ、はりが導電柱を介して
列電極５６４に接続される。アドレス電極５６５，５６
５′，５６５″…のアドレス動作は図面に示してないが
、電極の下の層に作られた回路によって行なわれる。 図面を見易くする為、若干の電極を省略してある。

【０１０５】隅ではなく、捩ればりの平坦な側に配置さ
れた丁番に対し、第２の好ましい実施例の埋込み丁番の
製造方法が断面図（図４０ａ乃至図４０ｅ）及び平面図
（図４１ａ乃至図４１ｃ）で示されている。断面は丁番
の軸線に対して横方向（図４１ｃの断面ＡＡ）でとった
ものである。第２の好ましい実施例の方法は、埋込みの
ＳｉＯ２　エッチ・ストッパではなく、薄い丁番金属領
域を定める為に、金属の持ち上げに頼っている。第１の
好ましい実施例の方法に場合と同じく、丁番及びはりの
メタライズ層の両方をエッチするには、一回のプラズマ
・エッチしか必要としない。

【０１０６】この方法の初めに、スペーサ１８２の上に
薄いアルミニウムの丁番層１８０をスパッタリングによ
ってデポジットする（図４０ａ）。３層レジスト方法を
用いて、その中に最終的に丁番パータンをエッチする薄
い金属領域に後でなるものを限定する。選ばれた３層レ
ジスト方法は、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．
誌、Ｂ１（４）、１２１５（１９８３年）所載のＹ．Ｃ
．リン他のセステルシャス方法の変形である。変形セス
テルシャス方法の初めに、丁番金属１８０の上にＰＭＭ
Ａのスペーサ層１８４を回転付着させる。厚さ（約５０
００Å）は、はり金属の厚さより若干大きくなる様に選
ぶ。この後でフォトレジストのキャップ層をアンダーカ
ットする際、現像剤中での溶解速度を可成り高く保つ為
に、ＰＭＭＡ１８４は標準的な方法に比べて温度を低く
して焼成する。次に、反射防止被覆（ＡＲＣ）１８６を
ＰＭＭＡ１８４に回転付着させ、焼成する。ＡＲＣ１８
６の被覆が、フォトレジスト１８８とＰＭＭＡ１８４の
間に面間層が形成されない様にする。これは、この後の
写真製版の露出中、丁番金属１８７からの反射光量を減
少する。

【０１０７】その後ＡＲＣ１８６をポジのフォトレジス
ト１８８で被覆する。フォトレジスト１８８を所望の丁
番持上げパターンで露出して現像し、最後に遠ＵＶで硬
化して、焼成する。ＡＲＣ１８０はフォトレジスト１８
８と同時に現像する。次に、ＰＭＭＡ１８４を遠ＵＶの
溢光に露出して、ＰＭＭＡ１８４の内、フォトレジスト
１８８で被覆されていない領域の平均分子量が減少して
、クロロベンゼンに対する可溶性が大きくなる様にする
。ＰＭＭＡ１８４のクロロベンゼン現像により、ＰＭＭ
Ａ１８４の露出部分が速やかに溶解し、過剰現像により
、図４０ａに示す様に、フォトレジスト・キャップ層の
約１μのアンダーカットが生ずる。ＰＭＭＡ１８４の現
像に続く回転乾燥の間に投げ飛ばされた軟化したＰＭＭ
Ａのフィラメントを除くのにアッシュが役立つ。その後
、硬焼きが、まだフォトレジスト１８８及びＰＭＭＡ１
８４に含まれている揮発性成分を少なくする。こう云う
揮発性成分は、ＰＭＭＡ現像の間のクロロベンゼンの吸
収によって生ずる。

【０１０８】３層レジスト・パターン（フォトレジスト
１８８、ＡＲＣ１８６及びＰＭＭＡ１８４）が形成され
た後、はり金属１９０をスパッタリングによってデポジ
ットする。ＰＭＭＡ１８４上の張出しフォトレジスト・
キャップにより、スパッタリングされたはり金属１９０
が、図４０ｂに示す様に２層に分れる。その後、３層レ
ジスト・パターンをクロロベンゼン又は１−メチル−２
−ピロリジノンに漬けて溶解させることによって、持上
げられる。その結果（図４０ｃに側面断面図で示し、図
４１ａに平面図で示す）は、薄い金属領域１８０が厚い
金属領域１９０によって取囲まれたものになり、厚い金
属１９０はそのパターンを定めた縁１９２にテーパがつ
いている。

【０１０９】次に丁番及びはりに対応するパターンを図
４０ｄ（側面断面図）及び図４１ｂ（平面図）に示す様
に、写真製版によって定める。これらの図面ではフォト
レジストの開口を１９４と記しており、露出する金属は
、図４１ｂの開口１９４の２つの短かい水平部分に対す
る丁番金属１８０と他の図面でははり金属１９０だけで
ある。このパターンが、最初の好ましい実施例の方法と
は異なり、丁番及びはりの形状の両方を含むことに注意
されたい。この理由で、第２の好ましい実施例の方法は
セルファラインである。丁番金属１８０及びはり金属１
９０の露出部分がこの後プラズマ・エッチにかけられ、
丁番及びはりの両方の形状を同時に形成する。フォトレ
ジストをアッシュによって除いた後、この方法が完了し
、はりは図４１ｅ（断面図）及び図４１ｃ（平面図）で
示す様になる。

【０１１０】図４２ａは、第４の好ましい実施例の画素
６２０のアレイ６１０の一部分の平面図であり、各々の
画素６２０は捩れ丁番６３４，６３６によって支持され
た捩ればり６３０を含み、これらの丁番が柱６２４，６
２４′，６２４″…に接続される。アレイ６１０のアド
レス回路は図４２ａに示してないが、アレイに対する全
体的なアドレス動作が図４２ｂに略図で示されている。 各々の画素が２つの可変キャパシタ（アドレス電極に対
して１つずつ）と、キャパシタのアクセスを制御する２
つのＭＯＳＦＥＴとして示されている。ＭＯＳＦＥＴの
ゲートが、１行の中の全ての画素に対して共通であり、
ＭＯＳＦＥＴのドレインが１列の中の全ての画素に対し
て共通である。アレイ６１０は線アドレスである。即ち
、データが、ワード線（ゲート）を選択するゲート復号
器により、１度に１行の画素ずつ、アレイに供給され、
データがビット線（ドレイン）に印加され、これが浮い
ているソースを充電して、はりを適当に撓ませる。 図４２ｂに示す様に、データを直列形式で入力して、そ
の後直並列変換器（Ｓ／Ｐ変換器）によって並列形式に
変換し、ビット線に印加されるまで、記憶レジスタ（「
レジスタ」）に保持される。ゲート復号器がアレイの行
を逐次的に選択する。

【０１１１】図４３ａ乃至図４３ｄは、１つの画素の中
の順次のレベルを示す平面図であり、図４４ａ乃至図４
４ｃは、図４２ａ及び図４３ａ乃至図４３ｄの線Ａ−Ａ
、Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃで切った側面断面図である。特に、
図４３ａは、ｐ−形シリコン基板６２２内のｎ＋形拡散
領域６６０，６６１，６６２，６６６，６６０′…及び
ｐ＋形チャンネル・ストッパ６７０，６７２，６７０′
…を示す。拡散線６６０，６６１がビット線並びにＭＯ
ＳＦＥＴのドレインであり、領域６６２，６６６が画素
６２０内のＭＯＳＦＥＴの浮いているソースである。ア
レイ６１０と同じチップ上にこの他の装置を製造するこ
とができること、並びにアレイ６１０はＣＭＯＳチップ
のｐ形井戸内に形成することができることに注意された
い。図４３ｂはゲート・レベルであり、ゲート６８２，
６８６，６８２′，６８６′…を取付けたポリシリコン
のワード線６８０，６８０′を示す。図４３ｃは電極レ
ベルを示しており、図面を見易くする為に、ワード線、
ゲート及び浮いているソースだけを示してある。 アドレス電極６４２，６４６が夫々バイア６６３，６６
７を介して浮いているソース６６２，６６６に垂直方向
に接続される。これに対してランディング電極６４０，
６４１は突合せの画素で共有であり、反射層内のはり及
び丁番を介して相互接続されている。図４３ｄはスペー
サ・レベルであり、金属柱６２４，６２４′，６２４″
…が画素２０のスペーサ２４の代わりになって、その中
にはり６３０，６３０′，６３０″…を形成した反射層
６２６，６２８を支持することを示している。金属柱６
２４，６２４′，６２４″…がはり６３０，６３０′，
６３０″…をランディング電極６４２，６４６…に電気
接続するが、これはスペーサ２４がはりをアドレス電極
及びランディング電極の両方から絶縁している画素２０
とは対照的である。勿論、図４２ａは反射層レベルの平
面図である。

【０１１２】図４４ａ乃至図４４ｃは図４２ａの線Ａ−
Ａ、Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃで切った画素６２０の側面断面図
であり、柱６２４，６２４′，６２４″…が反射層（丁
番金属６２６とはり金属６２８）を支持していて、丁番
及びはり金属のデポジッションから作られることを示し
ている。絶縁二酸化シリコン（酸化物）６４４の厚さは
約８０００Åであるが、リフローにより、浮いているソ
ース６６２，６６６，６６２′…まで開口の側壁に勾配
をつけて、金属電極６４２，６４６，６４２′…をデポ
ジットする際の段のカバーを助ける。ゲート酸化物６３
４の厚さは約８００Åであり、ワード線及びゲート６８
２，６８６，６８２′…を形成する為のデポジットされ
たポリシリコンのエッチングの際に保存される。

【０１１３】アレイ６１０は、丁番及びはり金属のデポ
ジッションの前に、柱６２４，６２４′，６２４″…に
対する開口を形成する為に、スペーサ層（第１の方法の
３２４及び第２の方法の１８０）のパターンが定められ
ることを別とすると、前に述べた第１及び第２の好まし
い実施例の方法と同様な方法によって製造することがで
きる。その後、丁番及びはり金属のデポジッションによ
り柱が形成され、画素の廻りからスペーサが全部エッチ
ングによって除かれる。電極の下にある回路は標準的な
シリコン処理によって製造される。

【０１１４】

【変形と利点】好ましい実施例に於けるソフト・ランデ
ィングを招く様なアドレス電極及びランディング電極の
分離を生かしながら、好ましい実施例の装置及び方法に
種々の変更を加えることができる。更に、実効的に対称
的なはりは差バイアスを使うことができる。例えば、ア
ドレス電極をランディング電極の外側に移すことができ
るが、この為には、フリンジ電界が引力の根拠となる為
の、ここで示したよりも引張るトルクの更に慎重な解析
が必要になろう。更に、丁番の長さ、幅及び厚さ（はり
金属で作られた丁番でも）、はりの寸法と厚さ、スペー
サの厚さ等の様な寸法と形を変えることができる。はり
及び丁番の形状も図３９に示す様に変えることができる
。実際、厚手及び薄手の部分のパターンをはりに作り、
各々の層にエッチ・ストッパを持つ金属の３層又は更に
多くの層により、種々のはり構造を作ることができる。 金属に対してＣｕ：Ａｌ，Ｔｉ：Ｗ，クロームとか、又
はスペーサに対するポリイミドの様な絶縁体、又は導電
性の下層を含む複合スペーサ、スペーサの放射硬化、基
板、電極又は金属電極に関するその他の半導体の様に材
料を変えることができる。埋込み丁番エッチ・ストッパ
はタングステンの様な異なる材料であってもよい。処理
によって丁番金属とはり金属との間にエッチ・ストッパ
の残りが生じない様にすることができる。ランディング
電極は二酸化シリコン又はその他の材料の薄層で覆って
、ビームがランディング電極に膠着するのを防止するこ
とができる。或いはランディング電極ははりとは異なる
材料で作り、こうしてランディング電極に対するビーム
の冷溶着を妨げることができる。或いはランディング電
極はビームの先端又は基板から離れた所でビームに接触
する様に形にすることができる。基板の裏側に対するバ
イアを含めて、電極の下に種々のアドレス回路を形成す
ることができる。

【０１１５】ランディング電極の利点は、ビームが一様
に、大きい角度でソフト・ランディングによって撓むこ
とである。この発明は以上の説明に関連して、更に下記
の実施態様を含む。

【０１１６】（１）　　複数個の画素を有し、各々の画
素が撓み可能なはり、該はりに隣接するアドレス電極及
び前記はりに隣接するランディング電極を持ち、前記は
り及び前記アドレス電極の間に印加された電圧が前記は
りを前記アドレス電極の方へ撓まさせ、前記ランディン
グ電極が、前記アドレス電極の方へ撓んだはりと接触し
て、撓んだはりが前記アドレス電極に接触しない様にし
た空間光変調器。

【０１１７】（２）　　（１）項に記載した空間光変調
器に於いて、撓み可能なはりが前記アドレス電極及びラ
ンディング電極から離して支持された反射層内に形成さ
れ、該撓み可能なはりが反射層内に形成された丁番によ
って反射層に接続されている空間光変調器。

【０１１８】（３）　　（２）項に記載した空間光変調
器に於いて、反射層が、前記撓み可能なはり及び電極の
間に井戸を持つスペーサ層により、アドレス電極及びラ
ンディング電極から離して支持される空間光変調器。 （４）　　（３）項に記載した空間光変調器に於いて、
各々の撓み可能なはりが２つの捩れ丁番によって反射層
に接続され、各々の画素は２つのアドレス電極及び２つ
のランディング電極を持っている空間光変調器。

【０１１９】（５）　　（４）項に記載した空間光変調
器に於いて、撓み可能なはり及びランディング電極が電
圧源に接続される空間光変調器。 （６）　　（２）項に記載した空間光変調器に於いて、
反射層が、複数個の柱により、アドレス電極及びランデ
ィング電極から遠ざけて支持されている空間光変調器。 （７）　　（６）項に記載した空間光変調器に於いて、
各々の撓み可能なはりが２つの丁番によって反射層に接
続され、各々の画素が２つのアドレス及び２つのランデ
ィング電極を有する空間光変調器。

【０１２０】（８）　　（７）項に記載した空間光変調
器に於いて、撓み可能なはり及びランディング電極が電
圧源に接続される空間光変調器。 （９）　　層状構造内に形成された複数個の画素を有し
、該層状構造は絶縁基板、該基板上のスペーサ層、該ス
ペーサ層上の導電性反射層、及び複数個のアドレス電極
及びランディング電極を含んでおり、各々の画素は、前
記反射層内に形成されていて、該反射層から形成された
少なくとも１つの丁番により、前記反射層の残りの部分
に接続された撓み可能な要素、前記スペーサ内に形成さ
れていて、前記撓み可能な要素から基板まで伸びる井戸
、該井戸の底で前記基板上にあって、静電引力によって
前記撓み可能な要素を撓ませる様に配置された第１のア
ドレス電極、及び前記井戸の底で前記基板上にあって、
前記撓み可能な要素が前記第１のアドレス電極による引
力により、前記基板に撓んだ時に、前記撓み可能な要素
と接触して、前記撓み可能な要素が前記アドレス電極に
接触しない様に位置決めされた第１のランディング電極
を含んでいる空間光変調器。

【０１２１】（１０）　　（９）項に記載された空間光
変調器に於いて、前記撓み可能な要素及び前記第１のラ
ンディング電極が電気的に接続されている空間光変調器
。 （１１）　　（９）項に記載された空間光変調器に於い
て、前記撓み可能な要素が前記反射層から形成された２
つの丁番により、前記反射層の残りの部分に接続され、
前記撓み可能な要素は、前記２つの丁番によって定めら
れた軸線の廻りに回転することによって撓むことが可能
である空間光変調器。

【０１２２】（１２）　　（１１）項に記載した空間光
変調器に於いて、各々の画素が、更に、前記井戸の底で
前記基板上にあって、静電引力によって、前記第１のア
ドレス電極による引力による回転方向とは反対の回転方
向に、前記要素を撓ませる様に位置決めされた第２のア
ドレス電極、及び前記井戸の底で前記基板上にあって、
前記撓み可能な要素が前記第２のアドレス電極の引力に
よって前記基板へ撓む時に前記撓み可能な要素に接触す
る様に位置決めされた第２のランディング電極を含んで
いる空間光変調器。

【０１２３】（１３）　　（１２）項に記載した空間光
変調器に於いて、更に各々の画素が、前記撓み可能な要
素並びにランディング電極と前記基板との間に接続され
た電圧源を含む空間光変調器。 （１４）　　（９）項に記載した空間光変調器に於いて
、前記反射層が何れも金属である第１及び第２の部分層
で作られ、前記少なくとも一つの丁番が前記第１の部分
層だけから形成される空間光変調器。

【０１２４】（１５）　　層状構造内に形成された複数
個の画素を有し、該層状構造は底層、該底層上の中間層
及び該中間層上の導電性反射層を含み、各々の画素は、
前記反射層に形成された撓み可能な要素、前記中間層及
び前記底層の間にあって、前記撓み可能な要素の下を伸
びる第１及び第２のアドレス電極、及び前記中間層に形
成されていて、前記撓み可能な要素から前記電極まで伸
びる井戸を含んでいる空間光変調器。 （１６）　　（１５）項に記載した空間光変調器に於い
て、前記撓み可能な要素が、反射層の１部分であって、
該反射層から形成された２つの丁番により、該反射層の
残りの部分に接続されており、前記第１及び第２のアド
レス電極が、前記２つの丁番によって定められた軸線の
両側で、前記撓み可能な要素の下にある空間光変調器。

【０１２５】（１７）　　（１６）項に記載した空間光
変調器に於いて、前記反射層の１部分が四角であって、
前記丁番が該１部分の対角線上の向い合った隅にある空
間光変調器。 （１８）　　（１６）項に記載した空間光変調器に於い
て、更に各々の画素が、前記中間層及び底層の間にあっ
て、前記撓み可能な要素の下を伸びる第１及び第２のラ
ンディング電極を有し、該第１及び第２のランディング
電極は、撓み可能な要素が前記アドレス電極によって底
層が撓む時、前記撓み可能な要素に接触する様に位置決
めされている空間光変調器。

【０１２６】（１９）　　（１５）項に記載した空間光
変調器に於いて、前記井戸が、前記反射層が前記中間層
の上にあって、該中間層が底層の上にあり、前記撓み可
能な要素が前記反射層内に形成された後に、前記中間層
のプラズマ・エッチングによって作られることを特徴と
する空間光変調器。 （２０）　　（１５）項に記載した空間光変調器に於い
て、前記底層がシリコンであり、前記中間層が回転付着
の絶縁材料であり、前記反射層が主にアルミニウムであ
る空間光変調器。

【０１２７】（２１）　　（１５）項に記載した空間光
変調器に於いて、前記底層が二酸化シリコン層を持つシ
リコンであり、前記アドレス電極が主にアルミニウムで
あり、前記中間層が回転付着の絶縁材料であり、前記反
射層が主にアルミニウムである空間光変調器。 （２２）　　（１５）項に記載した空間光変調器に於い
て、前記底層がシリコン基板であり、前記アドレス電極
が該シリコン基板内の拡散領域であり、前記中間層が、
前記拡散領域の少なくとも一部分の上にある二酸化シリ
コン層及び該二酸化シリコンの少なくとも一部分の上に
あるポリシリコン、及び該ポリシリコン及び前記反射層
の間にある絶縁体を含んでおり、前記反射層が主にアル
ミニウムである空間光変調器。

【０１２８】（２３）　　（１５）項に記載した空間光
変調器に於いて、前記画素に対する中間層の井戸が、突
合せの画素にある対応する井戸と結合している空間光変
調器。 （２４）　　層状構造内に形成された複数個の画素を有
し、該層状構造は底層、該底層上の複数個の電極、該電
極及び底層上の平面化スペーサ層及び該スペーサ層上の
導電性反射層を含み、各々の画素は、前記反射層に形成
された撓み可能な要素、共に前記撓み可能な要素の下を
伸びていて、第１の電極がアドレス電極であり、第２の
電極がランディング電極である様な第１及び第２の電極
、及び前記スペーサ内に形成されていて、前記撓み可能
な要素から第１及び第２の電極まで伸び、前記撓み可能
な要素の幅よりも大きな幅を持つ井戸を含んでいる空間
光変調器。

【０１２９】（２５）　　（２４）項に記載した空間光
変調器に於いて、前記撓み可能な要素が、前記反射層の
１部分であって、該反射層から形成された２つの丁番に
より、前記反射層の残りの部分に接続されている空間光
変調器。 （２６）　　（２５）項に記載した空間光変調器に於い
て、前記反射層の１部分が四角であって、前記丁番が該
１部分の対角線上の向い合った隅にある空間光変調器。 （２７）　　（２４）項に記載した空間光変調器に於い
て、前記井戸は、前記反射層が前記スペーサ層上にあり
、該スペーサ層が前記電極及び底層の上にあり、撓み可
能な要素が前記反射層内に形成された後に、前記スペー
サ層のプラズマ・エッチングによって形成されることを
特徴とする空間光変調器。

【０１３０】（２８）　　（２４）項に記載した空間光
変調器に於いて、更に各々の画素が、前記撓み可能な要
素の下を伸びる第３及び第４の電極を含み、第３の電極
がアドレス電極であり、第４の電極がランディング電極
である空間光変調器。 （２９）　　撓み可能なはりを用いた空間光変調器の画
素をリセットする方法に於いて、撓み可能なはりの丁番
にエネルギを蓄積する様に電圧を印加し、その後電圧を
取去って、蓄積エネルギを解放する工程を含む方法。 （３０）　　（２９）項に記載した方法に於いて、各々
の撓み可能なはりが２つの捩れ丁番によって支持され、
捩れ丁番がその回転軸線の外に曲ることによって、前記
エネルギが蓄積される方法。 （３１）　　各々の画素に対して向い合ったアドレス電
極を持つ、撓み可能なはりを用いた空間光変調器の画素
をリセットする方法において、第１のアドレス電極に電
圧パルスを印加する工程を含む、該パルスの持続時間が
撓み可能なはりの時定数より短い方法。

【０１３１】（３２）　　両方向ばりを持つ、撓み可能
なはりを用いた空間光変調器をアドレスする方法に於い
て、撓み可能なはりの下にあるアドレス電極に信号電圧
を印加し、その後撓み可能なはりにバイアス電圧を印加
する工程を含む方法。 （３３）　　（３２）項に記載した方法に於いて、前記
バイアス電圧の大きさが、前記信号電圧の最大の大きさ
より大きい方法。 （３４）　　（３２）項に記載した方法に於いて、空間
光変調器がはりに隣接してランディング電極を持ち、前
記バイアス電圧がランディング電極にも印加される方法
。 （３５）　　静電作用によって撓み可能なはりを用いた
空間光変調器が、はり３０、アドレス電極４２，４６、
及びランディング電極４０，４１を持ち、ランディング
電極４０，４１にビームにソフト・ランディングさせる
。 これによって大きな角度の一様な撓みと高い信頼性が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ａ図乃至ｃ図は、第１の好ましい実施例の画素
の斜視図、側面断面図、及び平面図。

【図２】第１の好ましい実施例の画素のはりの撓みを示
す図。

【図３】ａ図及びｂ図は、第１の好ましい実施例の画素
を簡略にしたものに対すはりの撓みの印加電圧に対する
関係を示すグラフ、並びに簡略にした画素の平面図。

【図４】簡略にした画素の簡略側面断面図で、解析の為
の用語を示す。

【図５】簡略にした画素のはりに対するトルクを示す図
。

【図６】簡略にした画素に対する、制御電圧の関数とし
てのはりの撓みを示すグラフ。

【図７】第１の好ましい実施例の簡略側面断面図。

【図８】第１の好ましい実施例のはりに対するトルクを
示すグラフ。

【図９】第１の好ましい実施例の解析に使われる記号を
示す図。

【図１０】第１の好ましい実施例の異なる動作モードで
のはりに加わるトルクを示すグラフ。

【図１１】第１の好ましい実施例の異なる動作モードで
のはりに加わるトルクを示すグラフ。

【図１２】第１の好ましい実施例の異なる動作モードで
のはりに加わるトルクを示すグラフ。

【図１３】第１の好ましい実施例の異なる動作モードで
のはりに加わるトルクを示すグラフ。

【図１４】第１の好ましい実施例の異なる動作モードに
関係するポテンシャル・エネルギ関数を示すグラフ。

【図１５】第１の好ましい実施例の差バイアスを示す回
路図。

【図１６】第１の好ましい実施例で、印加された差バイ
アスに対するトルクを示すグラフ。

【図１７】第１の好ましい実施例の２安定動作の時間線
図。

【図１８】第１の好ましい実施例の動作を解析するため
のトルクの撓みを示すグラフ。

【図１９】第１の好ましい実施例の動作を解析するため
のトルクの撓みを示すグラフ。

【図２０】第１の好ましい実施例の動作を解析するため
のトルクの撓みを示すグラフ。

【図２１】第１の好ましい実施例の動作を解析するため
のトルクの撓みを示すグラフ。

【図２２】第１の好ましい実施例の動作を解析するため
のトルクの撓みを示すグラフ。

【図２３】第１の好ましい実施例の動作を解析するため
のトルクの撓みを示すグラフ。

【図２４】第１の好ましい実施例の雑音余裕の解析の説
明図。

【図２５】第１の好ましい実施例の雑音余裕の解析の説
明図。

【図２６】第１の好ましい実施例の雑音余裕の解析の説
明図。

【図２７】第１の好ましい実施例に平衡電極を追加した
場合の簡略側面断面図。

【図２８】雑音余裕の相互作用を示すグラフ。

【図２９】第１の好ましい実施例をリセットする第１の
方法の時間線図。

【図３０】ａ図及びｂ図は、第１の好ましい実施例に対
する第２のリセット方法の時間線図及び側面断面図。

【図３１】線形アレイの第２の好ましい実施例の平面図
。

【図３２】ａ図乃至ｃ図には電子写真印刷に第２の好ま
しい実施例を使う場合を示す略図。

【図３３】第２の好ましい実施例の画素のアドレス動作
を制御電極の所で切って示す側面断面図。

【図３４】第２の好ましい実施例画素のアドレス動作を
示す平面図。

【図３５】ａ図乃至ｅ図は第１の好ましい実施例の製造
方法の工程を示す断面図。

【図３６】ａ図乃至ｃ図は第１の好ましい実施例の製造
方法の最後の工程を示す断面図。

【図３７】ａ図乃至ｃ図は第１の好ましい実施例の製造
方法の最後の工程を示す断面図。

【図３８】第３の好ましい実施例の平面図。

【図３９】ａ図乃至ｄ図は異なる形のはり及び配置を示
す平面図。

【図４０】ａ図乃至ｅ図は第２の好ましい実施例の製造
方法の工程を示す断面図。

【図４１】ａ図乃至ｃ図は第２の好ましい実施例の製造
方法の工程の平面図。

【図４２】ａ図及びｂ図は第４の好ましい実施例の画素
のアレイの平面図及び略図。

【図４３】ａ図乃至ｄ図は、第４の好ましい実施例の画
素の種々のレベルの平面図。

【図４４】ａ図乃至ｄ図は、第４の好ましい実施例の画
素の種々のレベルの側面断面図。

【主な符号の説明】

２０　　画素 ２６　　丁番層 ２８　　はり層 ３０　　はり ４０，４１　　ランディング電極 ４２，４６　　アドレス電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　空間光変調器であって：（ａ）　　層
   状構造内に形成された複数個の画素を有し；（ｂ）　　
   上記層状構造は、基板と、この基板上のスペーサ層と、
   このスペーサ層上の反射層と、電気的アドレス回路を有
   し； （ｃ）　　上記画素の各々は、 ｉ、　　上記反射層中に形成された静電的に撓み可能な
   素子と、 ｉｉ、上記スペーサ中に形成され、かつ上記撓み可能な
   素子と上記反射層の近接部分の下に位置する井戸とを有
   し；かつ （ｄ）　　上記反射層は導電物質で作られている；空間
   光変調器。
2. 【請求項２】　　上記井戸が、上記基板と上記反射層の
   間の上記スペーサをプラズマエッチングし、上記基板上
   の上記スペーサを伴って形成されていることを特徴とす
   る請求項１記載の空間光変調器。
3. 【請求項３】　　上記撓み可能な素子が、基本的に四角
   形状であり、かつ対角線上に向い合った２つの隅の各々
   に上記反射層の残余部への接続部を有することを特徴と
   する請求項１記載の空間光変調器。
4. 【請求項４】　　上記反射層が、第１物質よりなる第１
   サブ層を第２サブ層上に有することを特徴とする請求項
   １記載の空間光変調器。