JPH028812A - 空間光変調器及びそれを作成する方法 - 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】 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）、史に具体
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。ＳＬＭ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　１ＥＥＥトランザクシヨンズ・オン・エ
レクトロン・デバイセズ誌５３９　（１９８３年）所載
のし、ホーンベックの論文ｒ１２８ｘ１２８変形可能な
鏡装置」に引用された文献を参照されたい。

人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、ＳＭＰＴＥ３５１　（１９５３年）所載の
Ｅ、バウマンの論文［フィッシャー形人スクリーン役ｔ
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ク式に走査する。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
に保たれた支持基根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、沈積電荷のへ１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
に大川する光が局部的な位相格子の回折作用により、個
別の１組の規則的イ≧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Ｈ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大
川する。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ブツ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用する
光は、シュリーレン絞りの不澄明なバーにより、投影レ
ンズに達することかできない。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
穫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
信子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遠するまで、その開発に成功し
た。然し、こう云う装置は高価で、嵩ぼり、部品の寿命
が短かい。

油膜以外の多数のＳＬＭも開発されており、この中には
１尭み可能な素子形、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ｌ−マ光導電体の反ｒＪ１層の変形、及び強誘電体
、Ｐ　Ｌ　Ｚ　Ｔ　ｔラミック及び液晶の分権及び散乱
の様な種々の効果を用いている。

例えば２９９　　Ｐｒｏｃ、５ＰＩＥ６８（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
、ＳＰ■Ｅ７６（１９８２年）所載のＷ、ターナ及びＲ
，スブレイグの論文［レーザ印刷用の統合内部全反射形
（ＴＩＲ）空間光変調器ｊ、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、光変調鼎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
光変調番として構成されており、電極及び駆！Ｆ７Ｊ′
？ｆｉ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１配置されている。

夫々２つの、ｔｆＪ＆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工学系を用
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
の問題が色色とある。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学が、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
化の影響を受は易い。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Ｊ
トー様性の問題を生ずる慣れがある。ライト・バルブの
変調き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づる応答よ
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。

Ｐｒｏｃ、ＳＩＤ　　Ｓｙｍｐ、２５０（１９８２年４
月号）所載のＭ、リトル他の論文ｒｃｃＤ−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
ＣＯＤ区域のアレイを持ち、チップの裏側に液晶アイμ
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、ＣＯＤに電荷が
入力される。モの後、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。

一次元及び二次元の両方のアレイにｖＥＪ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、この電圧がエクス１〜
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１００乃至２００ポル１−稈疫が必要である為、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　　＋ＥＥ
Ｅ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。

躾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、前に述べたアイドツＡ　−ル装
置の油膜に置換わるちのである。この装置では、支持格
子構造により、陰極線管（ＣＲＴ）の７１−スプレート
に薄い反射膜を取付ける。アドレス動作は、アイドフオ
ールの場合と同じくラスク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、膜が修了構造に
よって形成された井戸の中にたるみ、こうして変調され
た各々の画本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）
１の１９、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、ｎ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−居大きな円形
の光枠を生ずる。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ＪＢ　＜。

別の形式の膜を用いた変形し得る鏡が、３０１ＥＥＥト
ランザクシミンズ・オン・エレクトロン・デバイセズ誌
５３９　（１９８３年）所載のし、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・アドレス回路にメタライズ重合体鎖
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、鎮要素からは空隙
によって隔てられているが、静電引力により、鎖の配列
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（ト）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各と
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、ミク目ン＝Ｊ法の粒子で６、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
響を受は易い為に、ｙＪ造上の問題がある。膜がこの様
な捕捉された粒子のトのテントを形成し、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。

片持ちばつを用いた変形可能な鏡は、入（ト）光を線形
又は面積パターンで変調づる為に、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
さる様な変形可１彪な片持ちばりの微小機械的なアレイ
である。適性な投影光学系と一緒に使う時、片持ちばつ
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。貞空蒸看によって硝子
の上に作られた金属の片持ちばつ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Ｆ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数の整合の問題が
ある。

片持ちばりを用いた変形可能な＆１１装置が、２２ＩＥ
ＥＥトランザクシヨンズ・Ａン・エレクトロン・デバイ
セズｕ７６５　（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トに
熱二酸化シリコン層を成長させる。酸化物は、４つの片
持ちばつ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、各各の画素の中に、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
持ちばつを残す。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−Ｌに電荷パターンを沈積し、静電
引力によってビームが１３準格子の方へ変形する様にす
る。密な開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（プる用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
りの聞のすき間から４５°回転する方向のビームの撓み
を１０　＜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、固定の回折背日伯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
両糸密度で製造され、ビームは４°まで撓み可能であっ
た。光学系は１５０ワツトのキセノン・アーク灯、反射
シュリーレン光学系及び２．５Ｘ３．５フイートのスク
リーンを用い、利１ｑは５であった。３５フイート・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其に、テレビの４００
本の解像度が実証された。

１Ｘ３０秒未満の書込み時間が達成され、消去時間ｔま
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、走査量の位置決めの精度が、個々の画素に１１１
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
ＩＣ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、はりの湿式エツチングによってはりの破狐
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。

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、萌に述べた片持ち装置の真空の外被を省いた片持ら
ばりを用いる変形可能な鏡が３１　Ａｐｌ）ｌ、Ｐｔ１
ＶＳ、Ｌｅｔｔ誌５２１（１９７７年）所載のに、ビー
タ−ピンの論文「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の分度冴
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１
２μ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Ｏ１５μの厚さまで酸化し、約５
００人のＣｒ−Ａｕ膜で覆う。Ｃｒ−Ａｕをエツチング
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
ーンにエツチングする。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ラグ−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
横方向のエツチングが停止トされる。更に、エッチ１７
ントがｐ＋材料によって抑υ１され、その為分度器の下
の井戸の深さが、１ビタキシャル層の厚さによって定め
られる。塁へ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Ｉｆｉ器がエツチングされ
た井戸の中へと下向きに静電作用によって撓む。長さ１
０６μ及び幅２５μの分度器では、閾値電圧は約６６ボ
ルトであった。

２番面の文献（米国特許用４，２２９．７３２号）には
、分度器装置と同様に製造されるが（埋込みｐ＋Ｆｉ４
がメタライズした二酸化シリコンの片持ちばつの下に井
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７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−Ｌ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、米国特許用３，８８６゜３１０号及び同第
３．８９６．３３８号のクローバの象形の構成からくる
ものであるが、完全なりロームの象形の構成を使うこと
ができない。何故なら、そうすると、り［１−バの象形
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。

史に、こう云う装置は、茫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。

史に具体的に云うと、エピタキシャル層をｐ＋エッチ・
ストッパまでエツチングによって除くことによって１１
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６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ツチングが必要であることに
より、電気的及びｄ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
残漬が残り、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、変調しようとする人
ｍ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、１１戸の前後に存在り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Ｎ
ＭＯ８駆動回路から供給することができない。更に、フ
ラップが最大の安足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。

片持らぼり方式の変形が２４　　［ＢＭ　　Ｊ。

Ｒｅｓ、ＤｅＶＤ誌６３１　（１９８０年）所載のに、
ピータ−センの論文「シリコン捩れ走査鏡」及び４　１
ＥＥＥエレクトロン・デバイス・レターズ誌（１９８３
年）所載のＭ、キャドマン他の一文［金属薄膜を用いた
新しい微小機械式表示装置］にｌ′ｔ！戟されている。

この方式は、２つの丁番で周囲の反用面に接続された金
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
レス用塁根とモノリシックに形成されておらず、ｉ）口
にｊ不べた変形可能な膜装置と同様な形で、それに１ａ
着されている。

米国特許第４．３５６．７３０号は上に述べたもの）色
々な而を組合わせ、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である。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、シリコン基板にエツチングによって作った穴の底
に倒りことができる。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。

片持ちばりについて論じた前の文献は、片持ちぼり装置
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
通過させるのに必鮫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ノーンバーは比較的小さくシ’、：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（ＣＩＵＩ）ｉ＋）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１−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０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、この間口の
直径が象を形成する光を通過させるのに必要なよりも太
きいから、レンズによってカバーし得る画角は、信号が
、ぼりていない、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、−
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１ｑ
る光源の１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Ｗ；磨レ
ベル、即ら、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（プ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
覆る先の円錐の立体角は、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く（！１られる
結像平面の放ｍ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ｆｉ
１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。

公知のはりを用いたＳＬＭは、はり絶縁体の充電効果、
覧よ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ｌ？（＜角度
が小さく、−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。

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
インク電極の両方を持ち、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
インクができる様にしたまたみ可能なはりを用いる空間
光変：ｌｌＪ器を提供する。

これが角度が小さくて、−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、１尭みサイ
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７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。

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ｔよ面積アレイで
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
の後側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、２．４
００Ｘ１の画素の線形アレイ（これは１インチ当り３０
０ドツトのプリンタの部品にすることがて・きる）は、
画素を約１２μ（０，５ミル）平方として、約１，３０
０ミル×２５０ミルのチップ上に作ることができる。Ｓ
ＬＭ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、１尭み可能なはりの（尭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（＋）　Ｍ　Ｄ　）と呼ばれ、填み可能なはりは鏡
要素とｂ呼ばれる。次に述べるのは、主にＤＶＤに対ザ
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。

第１の好ましい実施例の方法によって製造されるＤＭＩ
’）の第１の好ましい実施例の１ｇ４の画素が、第１ａ
図に斜視図、第１ｂ図に側面断面図、そして第１Ｃ図に
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、
′ｆＬ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３２を含む。丁番層２６の内、はり層２８によって覆
りれていない部分３４．３６が、はり３０をスペーサ２
４によって支持された層２６−２８の部分に取付ける捩
れ丁番（１・−シコン・ロッド）を形成する。、電極４
０，４２，４６．４１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。

第１ｂ図は第１ａ図及び第１Ｃ図の線Ｂ−Ｂで切った断
面図である。

画素２ｏの典型的な寸法を述べると、次の通りである。

はり３Ｑは四角で、−辺の長さが１２．５μであり、ス
ペーサ２４は；９さが４．０μ（第１ｂ図の！〔直方向
）であり、丁番層２６は厚さ８００人であり、はり層２
８はＩＱさ３６００人であり、丁番３４．３６は何れも
良さ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・アクセスずき間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２ｏに対
する別の１組の典型的な４法は、次の通りである。はり
３０が四角であって、−辺の長さが１９μであり、スペ
ーサ２４の厚さが（第１ｂ図の垂直方向）が２．３μで
あり、丁番層２６の厚さが７５０人であり、はり層２８
が３，０００人の厚さであり、捩れ丁番３４．３６は何
れも１にさ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。

１、を板２２は比抵抗が約１００−αの（１００）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Ｊ３す、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Ａ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：Ａρ）であって、Ｔｉ
が０．２％、＄１が１％である。この合金の熱膨張係数
はスベー９′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覆る。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、金属とスペーナの間に
応力があると、金属の内、井戸の−Ｆ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。

第１ａ図乃至第１Ｃ図の構造は、中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ｔ
ｉ！する様に厚くし、丁番の金属を希望する様に薄く覆
ることが可能になり、（２）はりの金属のデボジッシフ
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、処即の副作用に、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。

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Ｖパシ夕の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Ｖる静電力を加
え、これに対して電＋４ｉ４０．４１ははり３ｏ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。第２図の略
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、１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、１番３４のコンプライア
ンスが、その幅の逆数に対して直線的に比例し、その良
さの自乗に正比例し、その厚さの三乗に反比例するから
、撓みが増加する。はり３ｏの厚さは、９８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１番３４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。第２図は、Ｄ
ＭＩ’）の動作中に起り１りるＩＱんだはり３ｏからの
光の反射をも示している。

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３
０の一番近い隅とＦ４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
れる電荷の川が増加すると共に、−層接近することに注
意されたい。）第３ａ図は画素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１４１１４２として一緒に結合している（電極４１
及び４６をアドレスＴｔｉ極１４６として一緒に結合し
ている）。

第３ｂ図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Ｊる要素に比べて、参照数字
を１００だけ増やしである。画素１２０の捩ればり１３
０が不安定になって、！１８ｆｔ７１２２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１よ、撓みは大体電圧の線形関数であ
り（第３ａ図の破線参照）、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１９通使われるよりもずっと大きいこ
とにｔＬ　Ｑされたい。

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１６゜第４図は画素１２０の簡略側面
断面図〈第１ｂ図及び第２図と同様）であって、使う変
数を定義している。第３ｂ図は隣合う２つの画素１２０
の平面図である。

第４図に示す様に、アドレス電極１４６及び捩れぼり１
３０が接地され、電圧φ８がアドレス電庫１４２に印加
される。これによって捩ればり１３０が角度０だけ回転
する。捩ればつの回転は、捩ればり１３０の先端１３１
が撓む距離ｚ　１又■ は撓んでいない捩ればつの先端１３１とアドレス電極１
４２の間の距Ｍｚｏに対して正規化した距離αとして表
わづことができる。

回転角が小さく、０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。

ここでＬは四角の捩ればり１３０の内、向合った隅１３
５，１３７で捩れができる様に枢着された辺の長さであ
る。

アドレス電極１４２に電圧φ８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ぼり１３０に
加わる１〜ルクは次の様に：ｔ　Ｏ′！Ｊることができ
る。員初に、捩れぼり１３０の内、回転軸線から距離×
の所にあって、幅ｄｘを持つ小さい（無限小）区域を考
える（第４図の上側の図を参照）。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、−様な電界を仮定すれば）、次の様になる。

気変位である。２ｏ−２が小さな垂直容積の高さテアリ
、２　（Ｌ／ｆｌ−Ｘ　）　ｌｆｉ、捩ればり１３゜−
トの小さな区域の長さであることに注意されｌζい。

Ｄ＝εｏＥの関係にある。電界の大きさは、電圧の差を
隔たりで割ったものである。

ｏ　　　Ｚ 電界によってこの小さな区域に垂直方向（２）に働く小
さな力は、１方向のｄＵの偏微分である。

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、ｘｄ
Ｆ７である。この為、アドレス’ｒＥ　ｈ１４２にφ　
が印加されたことにより、捩れぼり１３０に加わる合計
の引張るトルクで８は次の式％式％ ここで小さな角度の近似０＝ｊａｎ　（０）を使ってＺ
＝Ｘθと置いている。

この積分を求めると 叩ら、 ここでθはαで表わしてあり、正規化された１尭みであ
る１、第５図は３種類の異なるアドレス電圧（Ｖ　＜Ｖ
２くＶ３）に対し、αに対するτ８の依存性を示してい
る。捩れ１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。

ここでＣｈＫ１１２れ「番のコンプライアンスである。

（Ｕ元トルクの大きさが、第５図に破線で示されている
。

正味のトルクが１０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。

第５図でφ　＝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て・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に戻るが、或いは先端１
３１が電極１４２（α＝α１にランデインクしてくずれ
る。φ　がＯとｖ２の間のどの値でも、同様な挙動にな
る。

φ　−■２の時、点Ｐ及びＱは、τ８及びτ。

の曲線の接点の一点Ｒに合体する。点１り（α−αＣ）
は準安定な平衡を表わす。αがα。よりも低い方に変化
すると、正味のトルクがαをα　に向けて復元するが、
αがα。より高い方に変化すると、正味トルクが先端１
３１をアドレス電極１４２へくずれさ拷る（α＝１）。

φ　がＶ２より大きく、第５図に示ずｖ３である時、正
味のトルクがゼロになる点がない。従って、■２がくず
れ電圧であり、ＶＣで表ね−。第６図は上に述べたこと
を纏めたものである。φ８をゼロからＶ。まで増加する
と、安定な撓みゞＶＶＣ１を増加することになり、φ８
−■。の時安定な平衡がα。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１
２０は、φ８くｖｃに対し、２つの安定な平衡を持つも
のと見做ずことができる。その１つがアナログ平衡（Ｆ
’ｌｌみがφ８に関係する）であり、らう１つがφ８に
無関係なディジタル（α−１）である。φ　〜■Ｃ 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【プである。

くずれる時、捩ればつの先端１３１がアドレス電極１４
２に接触し、大きな電流が先端１３１を通って電極１４
２に流れ、先端１３１が電極１４２に溶着することに注
意さたい。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。捩れ丁番が非常に簿い場合、１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。

内索２ｏは、画素１２０が高い電圧で動作し、捩ればつ
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、電気的に捩れぼり３ｏに接続され
たランデインク電極４０゜４１を追加すると共に、アド
レス電極４２をアドレスセル４６に接続しているが、ア
ドレス信号φ８を論理的に反転しである。第７図の回路
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
３ｏのｊＥ　ＸＪＪ化撓みのαの関数として考える。最
初、はり３０及びランデインク電極４０．４１が接地さ
れ（Ｖ８−０）、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。

ｌｉ純化した画素１２０のトルクとは異なり、１ヘルク
τ　は、αが１に近ずく時、■になる傾向がない。これ
は、はり３ｏの先端３１がランデインク電極４１当たり
、はり３０をアドレス電＋４４６から離れた状態に保つ
からである。画素 １２０の先端１３１が゛上極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がランデインク
電極４１に当たることは、ランデインク電極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のランデインク￥ｉ極４１に対する溶着を招
くことがない。更に、はり３ｏがランデインク電極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。第７図参照。

アドレス電極４２によってはり３０に発生されたトルク
で−は、対称性により、τ、とｌ１ｉｌ係をトＳつこと
が容易に分る。τ−（α）＝−で＋　（−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τ８は、和τ、＋τ　であり、正のトルクが電
ＶＭ４６に引張り、負のトルクが電極４２に引張る。α
のＩＩＩ数としての正味の引張るトルクが第８図に示さ
れている。

τ　（α）及びて　（α）に対する曲線が、画素１２０
の説明でτ８を導出したのと同様の形で、導出される。

第９図は使われる変数を示している。

これは第４図と同じ変数であるが、捩れぼり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。

これは部分分数によって直ちに積分され、次の様になる
。

叩ら、画素１２０では、Ｌ′がＬ／ｒ丁に等しく、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。

ここでｑ（α、β）は、この式によって定９ｉｄれた無
次元の関数である。β−１／２と置くと、第８図の曲線
になる。

画素２０の動作を解析する為に、予備的にアドレスｆｆ
１１４４２．４６の両方がアース電位に保たれている間
、はり３０及びランデインク電極４０゜４１に印加され
る正の差バイアスＶ、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■８を印加し、は
り３０及び両方のランデインク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■８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τ８及び復元トルクτ、）を持
つ点の計算が平衡点を決定する。τ。

は捩ればつ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、τ１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τ８は制限
されていて、対称的であり、画素１２０（第５図参照）
では、α＝１の時の１１１１１限されていないトルク及
びα＝Ｏ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（第８図参照）。これが、次に述べる様
に、画素１２０の曲に述べた動作との定性的な違いであ
る。

第１０図は、小さいＶＢを持ち、アドレス電極４２．４
６をアースした時の画素２ｏに対するτ８及びτ、を示
す。正味のトルクはα−〇で消滅し、はり３０　ｔ、ｔ
　ＩＭまないままである。（はり３０がランデインク７
１Ｊｉ４０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。

差バイアスをＶ＝Ｖ１　（第１０図）からｖＢ＝■２　
（第１１図）に増加すると、ｉｌＥ味のトルクがゼロに
なる点が更に２点現われる。即ち、α−〇と、α−±１
近くの点Ｐ及び−１〕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に対する第５
図の点Ｑと同様に不安定である。Ｐ又は−Ｐから一一小
さい１α１まで小さな変化をすると、（まり３０を晩ま
ない状態α−〇に戻す正味のトルクが生じ、Ｐ又は−Ｐ
の前またに一層大きな１α１まで小さな変化をすると、
はり３０をランデインク電極４０又は４１（α−±１）
にくずれさせる正味の１−ルクが生ずる。従って、この
差バイアスでは、はり３０はα−０１±１の３つの安定
な平衡を持つ。従って、これは３安定動作セードである
。

差バイアスをＶ　　＝Ｖ　　から、ＶＢ＝■ｏ　（第１
２図参照）に更に増加すると、τ　及びτ６６曲 線がα−〇で互いに接線となり、安定な平衡としてのα
−〇が消滅する。実際、αがＯの前接に小さな変化をど
れだけしでも、１τ　１〉１τ。

になり、はり３０はランデインク電極の一方（α−±１
）にくずれる。差バイアス■８がｖｏより大ぎい場合、
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（第１３図参照）。

背約すれば、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−〇）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、Ｖｏ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、捩れぼ
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（第１４図参照）。差バイアスの
値が小さい場合（第１４図のＶＢ＝Ｏ）、ボテフシ１１
ルがα＝Ｏ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。■　がｖｌ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Ｏになり、これらの点で正味のトルクはげ口に
なる。■　〉■１では、ポテンシャル・エネルギがα＝
±１で下がり、α＝Ｏとα−±１の間に障壁が発生する
。この時はり３０は３安定ひある。

更にＶ　がＶｏまで増加すると、α＝０で障壁が１１！
着して消滅し、はり３ｏはＶＢ＼では２安定になる。

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■。は次の様に導出される。はり３０及びランデイン
ク電極４０．４１にＶ８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様になる。

一τ０△ｑ（α、β） ここでΔｑ（α、β）−〇（α、β）−ｇ（−α。

β）であり、ｇ（α、β）は、画素１２０の解析図にこ
う云う関数を示η。この時、ｖｏが、τ　及びτ　がα
−〇で接線になる様にするＶ８ｒ の値である。

萌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。

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Ｖｏについて解いて、画素２ｏを２安定にする
差バイアスが分かる。Ｃが分らなければ、Ｖｏをアナロ
グ・モードで画素を動作させる時のくずれ電圧Ｖ。の百
分率として表わし、実験的に決めることができる。

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の前接の小さな
ｌＱ動により、はり３０を不規則に回転さぜ、はり３０
及びランデインク市極４０．４１に差バイアス（Ｖ　　
＞Ｖ□）を印加した時、一方のランデインク電極にくず
れる様にする。然し、差バイアスを印加する前に、γを
１よりずつと小さい正の数として、アドレス電極４６を
φ　＝−γ■８の電位に設定すれば、はり３゜及びラン
デインク４０．４１に差バイアスＶ８を印加すること（
第１５図参照）により、はり３０をランデインク電極４
１に向って回転させる正味トルクが発生される。これが
第１６図のτ８曲線によって丞されている。実際、■、
と反対の符号を持つφ　により、捩れぼりはα＝＋１の
安定状態に「トリが」される。φや及σ■８の反対の符
号は、たとえはり３０がまだ撓んでいなくても、−［３
差バイアスが印加され）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Ｊ、りも大ぎいこ
とを意味する。更に、γが小さいことは、■８を印加す
る前、はり３０は小さな距離だ（ブ回転ずれば、第５図
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
ランデインク電極４０へ回転する。更にトリが電位φ□
がＶＢと同じ符号であれば、これは大体、−ｑ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。

ＶＢを保っている限り、トリガ電位φ　＝−γＶＢを取
去り、アドレスｆｆ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使方の安定状態ヘトリガ
する為には、差バイアスを一時的にターンオフしな【ノ
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。第１７図は、負のｖ８を用
いて、α−１及びα＝−１の間ではり３ｏを交ｎに切換
えた時の時１ｍ線図である。

Ｔ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を小きく作ることができればできる稈、画Ｎ
２０のＩＪＪ　ｆＴ′電圧が一層小さくなる。

γの解析の初めに、差バイアス−ＩＶＢ　ｌをはり３ｏ
とランデインクポル４０．４１に印加し、電極４２を接
地したｎ、＋１．電位φ　−γＩＶ、１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、＋ｌＶ、ｌであるから、 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−−τｏＯ（−α、β） ゛従って、正味の引張るトルクは τ　−τｏ　［（１＋γ）　　Ｑ（α、β）−Ｑ（−α
、β）］ 第１９図は、γ＝Ｏ及びγ＝０．１に対するτ　を示し
ており、γ＝０では、画素２ｏは２安定であって、α−
〇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〉−１α、１の時、はり３０がラ
ンデインク電（歌４１に向って回転し、αく一１α、１
の時、はり３０がランデインク電極４ｏに向って回転す
る。

この時、Ｔは差バイアスを使うことにより、α−〇の時
のトルク利得にも関係する。この利得は、φ　−一γ■
　の印加アドレス電圧とＶ、の印加差バイアスとを用い
た時のα＝０に於りる正味の引Ｉ退るトルクと、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、 τ　（０，β）。

（１＋γ）２−１ γ 例えば、ＶＢ＝−５０ボ／Ｌ、１−ｔ−７＝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＝Ｏに於りるトルクが、５ボル
トのアドレス電圧を５０ポルｈの差バイアスと組合わけ
た時には、５ボルトのアドレス電Ｈだけを使った時の２
１１８になることを意味Ｊ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−層小さいア
ドレス電圧によって発生される１〜ルクに刊行を加える
と云う差バイアスの特徴を説明する助けになる。

画素２０でβ〈１のアドレス電極を使う特徴は、画素１
２０のはり１３０が、同様なｓ　ｎ状態のもどで電極１
４２又は１４６にぶつかる時のランデインクに比べて、
はり３０がシンディング電極４０又は４１にぶつかる時
のソ７１〜・ランデインクである。最初に画素１２０を
にえる。第２０図は、くずれ電圧をアドレス′ｉｆｉ極
１４６に印加するが、電極１４０の幅をはり１３０の半
幅のβ倍に減少した時の画＄１２０に対する引張るトル
ク及び復元Ｉ−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）。ランデインク・トルクは、ランデインクの（尭み
（α−１）に於ける引張るトルク及び復元トルクの間の
差に丁皮等しい。復元トルクに対して正規化したランデ
インク・トルクは、この差をランデインクの時の撓みに
於ける復元トルクで除したものである。

ここで第２０図の形状を使ってτ、（１，β）−τ　ｑ
（α　２β）／α０と置換えている、即ら、Ｃ くずれる時の撓み（α、）を人体１に等しくする様にβ
を選ぶことができれば、τｌ−はＯに近づく。

β＝０．５の場合、くずれの撓みα。＝０．９であり、
τ、は計Ｑによってｏ、ｏｉｉになり、従ってランデイ
ンク・トルクはランデインクの時の復元トルクの僅か１
％である。

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１３
０が電極１４６にあたって壊れるのが防止できるからで
ある（８Ｂ実上αは１．０より若干量さい値に制限され
る）。従って、ランデインク時の撓みα１−は１より小
さくすることができ、１に近づく槓α１．βがｇ（α、
β）に於ｉＪる対数の特異点である。β＝１及びα、＝
０．９８７（これは画素１２０のポリシリコン電１４１
４６が２０００人の二酸化シリコンで覆われ、Ｆメさ４
μのスペーサ層を持ち、空気中′Ｃ″動作する場合に対
応する）に対する正規化ランデインク・トルクは、計ｎ
により約３．０６であり、くずれ時の撓みα。−０，５
４である。β＝１の時の正規化ランデインク・トルクと
正規化ランデインクβ−０，５との比は、この為約２７
８である。これは正規化ランデインク・トルクに対する
βの大きな影響を示している。

ソノト・ランデインクの効用を決定する際、２つの効果
を考１道すべきである。一番目の効果は、移動するはり
が電極（ランデインク電極又はアドレス電極上の誘電体
の何れか）に当る時のｔｉｉ　撃によって発生される機
械的な損傷に関係する連動効果である。２番目の効果は
、持続的なランデインク・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、前に考えたランデインク・トルクを下げること
によって減少し、運動効果はランデインク時の運動エネ
ルギ（速度）をＦげることによって減少する。

ランデインク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Ｓ１算することができ
る。制動は、はりが急速に回転（この場合〜１マイクロ
秒）回転して゛電極に当る時のはりと′ｗｉ極の間のす
き間にある空気の変位によって起る。２つのＩ４ｉ端な
場合は過剰制動及び制動なしである。

過剰ｉ、ＩＩ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ｔ２　ｏにされる。この為
、正規化ランデインク・トルクを減らす様にβを選んだ
場合、ランデインクの時、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、τ、−τ、をα＝０からα＝１まで
積分することによって５１ｔツすることができる。β＝
０．５の時のこの積分とβ１．０の時のこの積分との比
は、前に考えた１１規化ランデイング・トルクの比より
更に小さい。従って、ソフト・ランデインクは、画素１
２０に対する静止及び運動ランデインク効果の両りを減
少するのにａ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（Ｖ　　＝Ｖｏ）の画素２０に対するソフト・ランデ
インクの解析ｔｉｔ、次の通りである。

第２１図はγ＝０（曲線１）及びγ＝〜０，１（曲線２
〉の場合のτ８を示している。ｖ８＝Ｖｏと云う条件は
、α−〇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。

δ ２安定画素２０に対する正規化ランデインク・トルクは
次の様になる。

（１＋γ）２ｇ（１，β）　　Ｇ（１，β）β＝０．５
及びγ−０，１の場合、＋ＥＭＪ化ランアランデインク
クは０．７４である。即ち、ランデインク・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、正規化ランデイン
ク・トルクは１５．８であり、従って、ランデインク・
トルク比は２１．４である。

正規化ランデインク・トルクは、第２２図に示す様に、
保持電圧Ｖ１１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τ１曲線は、画素２０を２安定
にする小さな差バイアスｖｏ及びアドレス電圧φ　＝−
γｖ８に対する引張るトルクを表わしており、ビームが
ランデインクする時のランデインク・トルクはτ、であ
る。ここでγが一定Ｃあり、ｖ８の大きさをＶ。より下
にゆつくりと減少したと仮定する。ＶＢ＝■１１の時、
τ　（１）の大きさがτｒ　（１）に減少し、ランデイ
ンク・トルクはゼロに減少している。史に小さいＩＶ８
１の時、正味のトルクは、はり３０を第２２図でＰと記
したアナログ平衡位置に復元さける方向である。従って
、Ｖ８をゆっくりと減少し、その大きさがｖｌｌより若
干小さくなると、はり３０は突然にランデインクした位
置から解放され、ずっと小さい撓みアナログ平衡へ戻る
。

従って、２安定モードに於ける画′Ａ２０の動作は、一
定のγに対し、差バイアスＶ８の関数としてαを示ケグ
ラフ（゛ある第２３図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＝ｏであり、従って
φ８＝−γｖＢもＵ口であり、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゛１１ｆ極４２を接地した
時のアドレス電ｖｊ４６に印加されるアドレス電極〈φ
、＝−γｖ８）により、はり３０の撓みは１未満の安定
な平衡α（■８）になる。ＶＢが増加フるにつれてα　
の撓みを持つ点（１）でＶ８＝Ｖ。の時の２安定動作に
達するまでαが増加し、はり３０は点（２）でう゛ンデ
ィング°名極４０にくずれる。

この時、はり３０は、Ｖ８の大きさを減少する時、点（
３）でＶ＝Ｖ、、に達するまでランデインク電極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・Ｌ−ドでＶＢに対応する
撓みまで戻る（第２３図の点（４）参照）。

ディジタル装置の場合と同じく、２安定モードで動作す
る画素は２０は、画素のあるパラメータが所期の動作点
から特定ｍ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；６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＆があると、Ｉ
Ｉ！ｉｉ索の他のパラメータの雑音余裕が減少する。

誤った２安定動作を眉く恐れがある様な、画素２０のパ
ラメータの最乙小要な２つの偏差は、ｆｉｌ平川さ用ら
の捩れぼり３０の偏差、及び（１１）捩れ丁番３４．３
６及びはり３ｏに対ケるアドレス電極４２及び４６の整
合外れである。最初に平坦さからのはり３ｏの偏差の余
裕Δαを考える。第２４図は、（はり３０をランデイン
ク電極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τ、と復
元トルクτ、とを、平坦さからのはり３０の３種類のＱ
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１１１であり、正
味のトルクがはり３０をα−−ト１に向けて回転させる
。線（２）では、はり３ｏにはα、１の組込みの初期の
撓み（ランデインク電極４０に向う方向）を持っており
、アドレス電Ｊ４ｉ　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、正味のトルクはぎ口に
なる。線〈３）では、組込みの初期の撓みが」常に大き
く、電極４６に対するアドレス主権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（）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、１α、１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。１α
１１はＱｉに次の式の解を見つけることによって計算さ
れる。

τ　（α）＝τｏ　［（１千γ）　　Ｃｌ（α、β）−
（］（−α、β）］−〇 α、１（１の場合、関Ｐｊｌｑには近似が容易であり、
その解は次の通りである。

１／２−１／３β（１＋γ）２−１ 勿論、ランデインク電極４６の方向の角度の余裕も対称
性によって同じである。

β−０，５でγ（１の場合、α、に対する式は次の様に
簡単になる。

α　＝±１．６γ 角度偏差の余裕は予想通りγと共に増加し、平１１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゛ｆｆｉ／］’が必要になる
。例えば、ｒ＝０．１でランデインク角度が１０”であ
る場合、１α１ｌ＝０．１６′Ｃ−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。

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第２５図の平面図に示
されている。即ち、電極は対角線に沿ってランデインク
電Ｉ４ｉ　４０の方向に、そしてランデインクｆｆ１Ｖ
ｉ１４１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、第２５図に示す様に、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（Ｂ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祝
し、電極４６のアドレス電極φ　−γｖＢであり、°上
極４２が接地されでいると仮定する。この為、１ｍ積−
△△１が正のトルクτ　を減少さぼ、面積ΔＡ１が口の
トルクτ−１を増加させる。第２６図は、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ａ（１）ｒは、整合外れεがぎ口であり、正味の
トルクが正であり、従ってはり３０が正しいランデイン
ク電極まで回転する。曲線（２）では、整合外れがε　
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ｚクシく、正味のトルクかげ口であり、従って
はり３゜の変動によって、ランデインク電極４０又は４
１のどららまではり３０がＤ１１転するかが決まる。曲
１（３）の−用人ぎな整合外れε〉ε□では、α＝０に
於ける正味のトルクが０であり、はり３゜はランデイン
ク電極４１ではなく、ランデインク電極４０まで回転す
る。即ち、間違った安定状態になる。余裕ε、を決定す
る為、ｔｐにτ　及びτ　に対する整合外れεの影響を
３１０し、α＝０でτ　をピロにりるεを解く。勿論、
整合外れεａ は、異ＣＬる幅の電極で同じであり、従ってτ　　（α
）−τｏ　（１＋γ）　　９（α、β−ε（Ｔ／　Ｌ　
） τ−（α）−一τｏｇ（−α、β＋ε（”ｆ／　Ｌ　）
非常に小さいαに対するｇ（α、β）の漸近形が、Ｑの
定洩から容易に導出される。

小さ−なεに対しては、α−〇でて、が消滅すると云う
条件は、次の様になる。

（１＋７＞２　（β−ε汀／Ｌ）２ （β＋εＣΣ／Ｌ）２＝０ 従って、 Ｌ　　　　　　２ｆｆ 例えば、γ＝０．１でβ−〇、５の時、整合外れの余裕
はε□−０，０２１である。、Ｌ＝１２．５μの画素２
０では、εＩＩ、＝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、ε、が増加する。

アドレスｆｆ電極の整合外れは、第２７図に好ましい実
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かできる。

画素２２０がアドレス電極２４２．２４６、ランデイン
ク電極２４０及び２４１、並びにアドレス電極とランデ
インク上極の間に介在配置された平衡型１４２４３．２
４５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）ランデインク名種２４０の方向のア
ドレス？Ｆｉｍの整合外れがあれば、その平衡電極はア
ースに向【プてバイアスされ、整合外れを打演す余分の
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。

前にｉｌ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、第２８図は、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−１／２ε、）の２つの２安定アドレス状態
（→電極４６又は−電（歌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α□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、生電極に対しては、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５０％大きく
なる。勿論、この説明は、対称的Ｃあり、角度偏差の余
裕の節聞内ぐの１１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。

はり３０及びランデインク７Ｆ４極４０，４１が電気的
に接続されていて、動作中、はり３ｏがランデインク宙
ｔ４０．４１にソフト・ランデインクをするにら拘らず
、はり３０がランデインク上極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
１而索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をランデインク
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、アドレス七極４２をりけツ１−°眉極として使
い、アドレス７’１４６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、一方の方向く
ランデインク′：ＦｉＶｊ４１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
ミルの両方がアースにある時間の間に、リセッ１−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。時間線図は第２９図を参照されたい。この図は、
はり３゜及びランデインク電極４０．４１に印加される
差バイアスφ８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φＲ１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φ４、
及びその結果生ずるはりの撓みαを示している。はり３
０がランデインク電極４１に１１１着すると、すｅット
電極４２のパルスが、捩れ丁番３４．３６の復元トルク
によってはり３０をランデインク電極４１から離す様に
引張るのを助ける持続時間の知かいトルクを発生する。

然し、はり３０がランデインク電極４１に膠着せヂ、撓
まなかった場合、リセット”Ｊ８ｉ４１のパルスがはり
３０をランデインク電極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
ランデインク電［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
インク電極４０の方向のこの持続時間の短かい変動が、
第２９図の０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、第２９図のαのグラフに破線で示す様に、
はり３０をα＝Ｏ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・パルスを供給プる。

第３０ａ図及び第３０ｂ図に第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、１１１着したはり３０をランデインク電極４
０又は４１から引離すのを助（〕る。この方法では、リ
セッｉ〜・パルスが、アドレス？１１２極４２．４６が
接地されている間に、ランデインク゛電極４０．４１及
びはり３０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
のランデインク電極を一緒に接続することができ、この
パスを捩れぼり３０を含む反射Ｆ！Ｊ２６−２８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。、最初のりヒツ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。

アドレス讃極を接地した状態ではり３ｏ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３Ｑが撓んでいないか、或い１よ一方のラ
ンデインク電極に膠着しているかどうかに関係なく、は
り３０がＷＦｉ２２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。時間線図は第３０ａ図、そして撓みは第３
０ｂ図を参照されたい。第３０ａ図では、はり及びラン
デインク電極のバイアスφＢは、差バイアス（−１Ｖ８
１）に対して反対の極性のリセット・パルス（−１ＶＲ
Ｉ）を持っているが、リセット・パルスは、Ｆ６）じ極
性を持っていても良い。アドレス電圧（′？ｆｉ極４６
極対６るφＡ　（＋）及び電極４２に対するφＡ　（−
１）は、はり３０が最初はランデインク電極４１まで、
次にランデインク電極４０に、そして最後に再びランデ
インク電極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４Ｊをする。これに対して、ｆ
ｌηしたはり３ｏがランデインク電極から引離され、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、ランデインク方向がどらら
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、４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。第３ｏｂ図は、アドレス電１４４２．
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
。

第３１図は、その各々の画素が画素２ｏと同様である第
２の好ましい実施例の画素３２０．３２０’　、　３２
０″、　・（７）線形７レイ３１０（７）−？ｌＪｎの
平面図である。画Ａ３２０では、はり３３０、捩れ１番
３３４，３３６、ランデインク電極３４０．３４１及び
アドレス電４３４２．３４６が示されている。画素３２
０′も同様である。ランデインク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７
レイ３１０は、第３２ａ図乃至第３２ｃ図に図式的に示
す静電印刷に使うことができるａ第３２ａ図は、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３５６を含む装置ｉｆｆ　３５０の斜視図で
あり、第３２ｂ図及び第３２Ｃ図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、ｉ、ｔす３３０，３
３０’　、３３０″・（０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３
５４を通過し、撓んだ各々のはりに対してひとつずつの
一連のドツトして、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木の線の中にあるドツ
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、像のドツ
トが１本の線３６４になる。この為、ドラム３５６が回
転づる時、ドラム３５６上に一度に線３６４のドツトを
形成する様に、−度に１木の線ずつの情報をアレイ３１
０に供給することより、ディジタル化されていて、ラス
ク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一層きる。こう云うドツト像が、ゼ
ログラフィーの様な標準的な方法によりＫｆ、に転写さ
れる。θをランデインク電極３４１上にある時のはり３
３０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２０である時、シーｉ〜
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第３２ｂ図に示されており、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
つのはりに対し第３２ｃ図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。

画素が２安定モードで動作する線形アレイ３１０はハ持
ら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
ツトを作ることができ、ｆｉｉｌターンオフの画素は捩
ればつが、片持らの場合の様に、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　シ（ｉｌ　’Ｆｉ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ぼり場合
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。

線形アレイ３１０にある個々の画素のアドレス動作が、
簡単にした形で第３３図及び第３４図に示されている。

第３３図はアドレス電極４４６に沿った１１ｉ！ｉＩの
画素４２０の断面図で、入力及び何面ゲート４５０を示
しており、第３４図は平面図であって、画素４２０及び
４２０′とアドレス回路を示している。ｌ−ｉ：３ｉ：
Ａｊｌ電極４４６が、ρ形シリコンＶ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
を撓まゼる電圧が電極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４２２が接地される。ランデインク電極４４１及び
４４０（画素４２０′のランデインク眉４４４４１　’
　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。

何面ゲート４５０がポリシリコンであり、基板４２２か
らゲート酸化物４５４にって絶縁されており、ｎ十形に
ドープされた領１ｔｉ４５２，４５６゜４５２’　　４
５６’・・・及び４６２，４６６．４６２’　、４６６
’　・・・がＭＯＳ　Ｆ　Ｅ　Ｔのドレイン及びソース
を夫々形成し、何面ゲート４５０が共通のゲートである
。アドレス電極４４２，４４６に対する人力がＭＯＳＦ
ＥＴのトレイン４５２，４５６に印加され、ＭＯＳＦＥ
Ｔが何面ゲート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。

基板３２２上のアドレス電極３４６を含む画素３２０を
′ＩＩＡ造する第１の好ましい実施例の方法の工程が、
第３５ａ図乃至第３５ｅ図の側面断面図に示されており
、次にこれを説明する。

＠最初、（１００）シリコン基板３２２上に２０００人
の熱酸化物３４４を成長させる。次に、酸化物３４４の
土に３０００人のＴｉ：Ｓｉ：ＡｆＪ　（０，２％Ｔｉ
及び１％Ｓｉ）をスバッタリングによってデポジットし
、［４４３４６を定める様にパターンを定めてプラズマ
・エッヂする。第３５ａ図参照。

（ハ）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ｈ１の厚さが４μになる様にし
てスベーＩｊ′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、並びにスベー−り
から過剰に溶媒を追出づ為に約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ｉ・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
えばツバラックをペースとしたレジストにづる。その摂
、有機のスペーナ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、８００へのＴｉ
：Ｓｉ：△ｆＪ　（０，２％Ｆｉ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ボジ
ツションによって起る小山を最小限に抑える。次に、１
５００人の二酸化シリコンをＲＥＶＣＤによってデポジ
ットＪる。その後酸化物のパターンを定めてエッチして
、捩れ］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ｒｉ３３４
゜３３６になる区域と、丁番の各々の端に於Ｇｅｌる小
さな延長部とを占める）。パターン決め及びエツチング
に使われたフォトレジストをプラズマによって剥す。第
３５ｂ図参照。

（へ）はりに？４３２８を形成する為の３６００人のＴ
ｉ　：Ｓｉ　：ＡＮ　　（０，２％ｌ−ｉ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１−５Ｑを回転４４着させる。金
属のデボジッションは、金属層の間に応力が発生しない
様に、丁番層３２６のテボジョションとＪａｌ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５ｏを次に
マスクとして使い、金属１ｍ３２６，３２８のプラズマ
・エツチングを行ない、丁番エッチ・ストッパ３４８が
、丁番層３２６の内、丁番３３４，３３６どなる部分の
１ツチングを防止する。アルミニウム合金のプラズマ・
エッヂは、塩Ｘ　／　ａ　Ｐａ化ＶＲ素／４塩化炭素エ
ッチ・ガス混合物を用いて行なうことかできる。その代
りとしては、工程（ハ）に於【プる様に、二酸化シリコ
ンのマスクを使い、フォトレジスト５ｏの代りに、２０
００人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・エツ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？１ｔ３３４゜３３６のコンプライ
アンスを調節することができる。第３５Ｃ図参照。

（へ）接？Ｊ　）Ｗ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ＰＭＭ△（ポリメチル・メタ
クリレート）５２を回転付着し、１Ａ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先安５１
１ｉ！Ｓになる）。ダイス切りの破片が、第３５ｄ図で
ＰＭＭ△５２の」−に乗っかっていることが示されてい
る。

（ｅ）クロロベンピンを吹付け、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及びスベー＋Ｊ２４がり［］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ｌ−
５０及びスペーサ３２４を酸素中で、敢％の弗素く例え
ばＣＦ　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。このエツチングは低い温度で行ない、はり３
３０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。第３５ｅ図参照。こ
の図は第１ｂ図と同様であるが、断面が異なる。

第３５ｅ図はエッチ・ストッパ３４８の残り３４９を示
している。これが第１ａ図及び第１Ｃ図ではと略されて
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
、第１ａ図及び第１Ｃ図では分り易くする為に省略され
ているからである。第３６ａ図乃芋第３６ｃ図は、スペ
ーサ３２４のエツチングの段階を平面図で示し、第３７
ａ図乃￥第３７ｃ図はそれを断面図で示す。

第３８図は、画素５２０．５２０’　、５２０”を含む
第３の好ましい実茄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５３２，５
３２’　、５３２”とプラズマ・エッチ・アクセス寸き
間５３８，５３８’５３８　″を持っている。プラズマ
・ニップ−・アクヒスすき間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５３０．５３
０’　　５３０″・（７）下（７）スベー＋１５２４内
の井戸が一緒に接続され、第３８図に破線で示す様に１
つの＆い井戸を形成する。アドレス電１５４２５４６．
５４２’　　　５４６’　・・・及びランデインク電極
５４０，５４１．５４０’　、５４１’　・・・が第３
８図に破線で示されている。例えば５４１及び５４０′
の様に、突合せのランデインク電極が共有である。分り
易くする為、第３８図では、捩れ丁番５３４，５３６は
、はり５３０．５３０’５３０　”・・・と同じ層から
作られるものとして示されている。

第３９ａ図乃至第３９ｄ図は別のはりの形状を示す平面
図である。特に第３９ａ図９ま、片持ち１番５７２、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゛ｆｆ１ｉ５７８及び
ランデインク電極５７９を持つ片持ちぼり５７０を示す
。片持ちはりは一方向に撓むだけであり、第５図の曲線
と同様なトルク曲線を持っているが、制限されており、
従って中安定及び２安定（１つの安定な撓み点とランＴ
イング′、ｆｉ極５７９にくずれた状態）動作しか利用
することができない。

第３９ｂ図は、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
ランデインク電極５８９を持つ捩ればり５８０を示ケ。

はり５８０は一方向にだけ撓み、はり５７５と動作が同
様である。

第３９ｅ図は、４つのはりからなる群の逆にした突合わ
「のクローバの葉として配置された片持ちぼり５９０，
５９０’　、５９０″・・・の１腺形アレイを示す。線
形アレイ５１０と同じく、はり５９０．５９０’、５９
０″・・・のＦの井戸が一緒になって、破線で示す様に
１つのｍ長い井戸を形成する。片持ら丁番５９２，５９
２’　、５９２”が、はっと同じ層から作られるものと
して示されており、児易くする為に、アドレス及びラン
デインク電極は示していない。

第３９ｄ図は、４つずつの８Ｙに纏めて、ハ持ち丁番５
６２，５６２’　、５６２”・・・によって柱５６１．
５６１’　、５６１”上に支持された片持ちぼり５６０
．５６０’　、５６０″−１７）面積配列の一部分を示
す。はりに対するランデインク電極は、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，
５６５’　、５６５″・・・のアドレス動作は図面に示
してないが、１？極の五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で
ある。

隅ではなく、捩ればつの平坦な側に配；ｄされた丁番に
対し、第２の好ましい実施例の埋込み１番の製造方法が
断面図（第４０ａ図乃〒第４０ｅ図）及び平面図（第４
１ａ図乃至第４１ｃ図）で示されている。高面もよ丁番
の軸線に対して横方向（第４１ｃ図の断面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エッヂ・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、回の／ラズマ・
エッチしか必要としない。

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Ｔｉｎ１ｓｏをスパッタリングによってデポジッ
トする（第４０ａ図）。３層レジスト方法を用いて、そ
の中に最終的に］番パータンをエッヂする薄い金属領域
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、νａＣ３ｃｉ、Ｔｅｃｈｎｏ１．誌、Ｂｌ　（
４）、１２１５　（１９８３年）所載のＹ、Ｃ，リン伯
のセスチルジャス方法の変形である。

変形セスチルジャス方法の初めに、１番金属１８０の上
にＰＭＭＡのスベーＦｊ′層１８４を回転付着させる。

厚さ（約５０００人）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、ＰＭＭＡ　１８４Ｇよ標準的な方法に
比べて温度を低くして焼成する。次に、反射防１Ｆ被覆
（ΔＲＣ）１８６をＰＭＭＡｌ　８４に回転付着させ、
焼成する。ＡＲＣ１８６の被覆が、フォトレジスト１８
８とＰＭＭＡｌ　８４の間に面間居が形成され＜【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からの反射光りを減少する。

その後ＡＲ０１８６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ｌ−１８８と同時に
現像する。次にＰＭＭＡｌ　８４を遠Ｕｖの溢光に露出
して、ＰＭＭＡ　１８４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
ベンピンに対する可溶性が大きくなる様にする。ＰＭＭ
Ａｌ　８４のクロロベンぜン現像により、ＰＭＭＡ１８
４の露出部分が速やかに溶解し、過剰現像により、第４
０ａ図に示す様に、フォトレジス１−・キャップ層の約
１μのアンダーカットが生ずる。ＰＭＭＡｌ　８４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
ＬＲ性酸成分、ＰＭＭＡＪＪｉ！像の間のクロロベゼン
の吸収によって生ずる。

３層レジスト・パターン（フォトレジスト１８８、ΔＲ
Ｃ１８６及びＰＭＭＡ１８４）が形成さた（ｌ　、はり
金Ｊ１１９０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、第４
０ｂ図に示す様に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げン又は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（第４０ｃ図に側面断面図で示し、第４１
ａ図に平面図で示す）は、薄い金属領域１８０が厚い金
属領域１９０によフ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にテーバがつい
ている。

次に丁番及びはりに対応するパターンを第４０ｄ図（側
面断面図）及び第４１ｂ図（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１
−の開口を１９４と記しており、露出する金属は、第４
１ｂ図の開口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ｇｉｓ。

及びはり金ｊｉ　１９０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、はりは第４１ｅ図（断面図）及び
第４１Ｃ図（平面図）で示す様になる。

第４２ａ図は、第４の好ましい実施例の画素６２ｏの７
レイ６１０の一部分の平面図であり、各各の画素６２０
は捩れ１番６３４．６３６によって支持された捩ればり
６３０を含み、これらの丁番が社６２４，６２４’　、
６２４″・・・に接続される。アレイ６１０のアドレス
回路は第４２ａ図に示してないが、アレイに対する全体
的なアドレス動作が第４２ｂ図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。

ＭＯ８ＦＥ’Ｔのゲートが、１行の中の全ての画素に対
して共通であり、Ｍ　ＯＳ　Ｆ　Ｅ　’ｒ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６１
０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Ｊ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、
はりを適当に撓まぜる。第４２ｂ図に示す様に、データ
をｉ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。

第４３ａ図乃至第４３ｄ図は、１つの画素の中の順次の
レベルを示す平面図であり、第４４ａ図乃至第４４ｃ図
は、第４２ａ図及び第４３ａ図乃至第４３ｄ図の線Ａ−
Ａ、Ｂ−［３及びＣ−Ｃで切った側面断面図である。特
に、第４３ａ図は、ｐ−形シリコン基板６２２内のｎト
形拡散領域６６０．６６１，６６２，６６６．６６０’
　・・・及びｐ十形チャンネル・ストッパ６７０，６７
２．６７０′・・・を示す。拡散線６６０．６６１がビ
ット線並びにＭＯＳＦＥＴのドレインであり、領域６６
２．６６６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Ｊ↑戸内に形成することができ
ることに注意されたい。

第４３ｂ図はゲート・レベルであり、ゲート６８２．６
８６．６８２’　、６８６’・・・を取付けたポリシリ
コンのワード線６８０．６８０’を示す。

第４３Ｃ図はｆｆｉ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
けを示しである。アドレス電極６４２゜６４６が夫々バ
イア６６３，６６７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イ
ンク電極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。

第４３ｄ図はスペーサ・レベルであり、金属柱６２４゜
６２４’　　６２４”・・・が画素２０のスベーせ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６２４゜６２４’、６２
４″・・・がはり６３０，６３０’６３０″・・・をラ
ンデインク電極６４２．６４６・・・に電気接続するが
、これはスペーサ２４がはりをアドレス回路極及びラン
デインク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、第４２８図は反射層レベルの平面図で
ある。

第４４ａ図乃〒第４４ｃ図は第４２ａ図の線Ａ−Ａ、Ｂ
−８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ｆｉ６２６どはり金属６２８）を支持していて、丁
番及びはり金属のう゛ポリシリコンから作られることを
示している。絶縁二酸化シリコン（Ｍ化物）６４４の厚
さは約８０００人であるが、リフローにより、浮いてい
るソース６６２．６６６．６６２’　・・・まで聞に１
の側壁に勾配をつけて、金属電極６４２，６４６．６４
２’・・・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６３４の厚さは約８００人であり、ワード
線及びゲート６８２，６８６．６８２’　・・・を形成
する為のデポジットされたポリシリコンのエツチングの
際に保存される。

アレイ６１０は、丁番及びはり金属のデボジッションの
眞に、柱６２４．６２４’　、６２４″・・・に対する
開口を形成する為に、スペーナ層（第１の方法の３２４
及び第２の方法の１８０）のバタ−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ボジッションにより柱が
形成され、画素の廻りからスペーυが全部エツチングに
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。

鹿形と利点 好ましい実施例に於けるソフト・ランデインクを眉く様
なアドレス電極及びランデインク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秤々の変更を加
えることができる。史に、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
ンデインク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に、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ｈざ等の様
な寸法と形を変えることができる。はり及び丁番の形状
ら第３９図に示す様に変えることができる。実際、厚手
及び薄１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　：ＡＪ　、　Ｔ　ｉ　：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。即込み丁番エッチ・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聞にエッチ・ストッパの
残りが生じない様にすることができる。ランデインク電
４（１は二酸化シリコン又はその他の材料のｆａ層′ｒ
″覆って、ビームがランデインク電極に膠着するのを防
止することができる。或いはランデインク電極ははりと
は異なる材料で作り、こうしてランデインク電極に対す
るビームの冷溶着を妨げることができる。

或いはランデインク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。

ランデインク電極の利点は、ビームが一様に、大きい角
度でソフト・ランデインクによって１尭むことである。

この発明は以上の説明に関連して、更に下記の実／Ｉ！
態様を含む。

（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市極及び前記はりに
隣接するランデインク電極を持ら、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、前記ランデインク電極が、前
記アドレス電極の方へ撓／υ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。

（２）　　（１１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インク電
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。

（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インク電
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１ｍ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
つのうンディング電極を持っている空間光変調器。

（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インク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
デインク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１１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
デインク電極を有する空間光変調器。

（８）　　（７）　ｒｒＩに記載した空間光変調器に於
いて、撓みＯｒ能なはり及びランデインク電極が電圧源
に接続される空間光′姿調器。

（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、該基板上のスベーナ層、該ス
ペーサ層上の導電性反射層、及び複数個のアドレス、−
１ｆｉ及びランデインク’ＲＭを含んでおり、各々の画
素は、＋Ｗｊ　：２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
則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ｔＡ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
のランデインク電極を含んでいる空間光変調器。

（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ｗＳ１のランデインク
電極が１π気的に接続されている空間光変調器。

（１１）　　（９）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から形成された２つ
の丁番により、前記反ｒＪＩ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］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Ｉ
ＩＴ能である空間光度ｊｌｌ！１器。

（１２）　　（１１１項に記載した空間光変調は；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のアドレス市極
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１１り２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ｉ訂記撓み可能な要素に接触する様
に位置決めされた第２のランデインク電極を含んでいる
空間光変調器。

（１３）　　（１２１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
デインク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）　　（９１項に記載した空間光変調器に於いて
、前記反射層が何れら金属である第１及び第２の部分層
で作られ、ｆｉｉ７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。

（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、＋’＋Ｆｔ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ｔｉ要素のＦを伸びる第
１及び第２の７ドレス電檜、及び前記中間層に形成され
ていて、前記撓み可能イ≧要索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度ＵＡ器に於
いて、前記撓み可能な髪素が、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Ｑ’
Ｊ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、前記撓み可能なは索の下にある空間光変
調器。

（１７１（１６１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、＠２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
ンデインク１１極を有し、該第１及び第２のランデイン
ク電極は、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ｒ１１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。

（１９）　　（１５）瑣に記載した空間光変調器に於い
て、前記Ｊ［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
・エツチングによって作られることを特徴どする空間光
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香
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。

（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合んでおり、前記反１１ＪＪ　Ｂが
主にアルミニウムである空間光変調器。

（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１戸が、突合Ｕ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）　　Ｖ！Ｊ状構造内に形成された複数個の画集
を右し、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ベー→ノ層及び該スペーサ
層上の導電性反１１Ｆ層を含み、各々の画素は、前記反
射層に形成された撓み１１丁能な要素、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の電極がランデインク電極である様な第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。

（２５）　　（２４）項に記載した空間光変調器に於い
て、前記１ｒ４み可能な要素が、前記反ｌ１）１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１７ｆ
ｌ光変調器。

ｆ２６）　　（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１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）　　（２／Ｉ１項に記載した空間光変調器に於
いて、前記１戸は、前記反Ｏ４層が前記スベーづ層上に
あり、該スペーサ層が前記電極及び底層の士にあり、１
４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・エツ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。

（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の電極がランデインク電極である空間光
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、ＩＡ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、その復電圧を取
去って、蓄積エネルギを解放する工程を含む方法。

（３０）　　（２９１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）各々の画集に対して向い合ったアドレス電極を
持つ、（尭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［稈を含む、該パルスの持続時間が撓
み可能４丁はりの時定数より短かい方法。

（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ｔｊｌ能な１４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４゜ アス電圧の大きさが、；）η記信号電Ｂの最大の大きさ
より人きい方法。

（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インク電極を持ち、１
１η記バイアス電圧がランデインク″電極に６印加され
る方法。

（３５）静電ｎ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３ｏ、アドレス電極４２゜４６、及び
ランデインク電極４０．４１を持ち、ランデインク’１
１４ｉ４０．４１にビームをソフト・ランデインクさせ
る。これによって大きな角度の−様な撓みと高い信頼性
が１７られる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図乃至第１Ｃ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、第２図は第１の好
ましい実施例の画素のはりの撓みを示す図、第３ａ図及
び第３ｂ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（尭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、第４図は簡
略にした画素の簡略側面断面図で、解析の為の用品を示
す。 第５図は簡略にした画素のはりに対ケるトルクを示ず図
、第６図は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、第７図は第１の好まし
い実施例の簡略側面断面図、第８図は第１の好ましい実
Ｍ例のはりに対するトルクを示すグラフ、第９図は第１
の好ましい実施例の解析に使われる記号を示す図、第１
０図乃至第１３図は第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丞すグラフ、第１４図
は第１の好ましい実施例の異なる動作モー・ドに関係す
るボデフシ１フル・Ｔネルギ関数を示すグラ゛）、第１
５図は第１の好ましい実施例の差バイアスを示す回路図
、第１６図は第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ずグラフ、第１７図は第１の
好ましい実施例の２安定動作の時間線図、第１８図乃至
第２３図は第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、第２４図乃至第２６図は
第１の好ましい実施例の雑＆余裕の解析の説明図、第２
７図は第１の好ましい実施例に平衡電極を追加した場合
の１）？Ｉ略開側面断面図第２８図は鉗＆余裕の相ｎ作
用を示づグラフ、第２９図は第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、第３０ａ図及び第３
０ｂ図は、第１の好ましい実施例に対する第２のリヒッ
ト方法の時間線図及び側面断面図、第３１図は線形アレ
イの第２の好ましい実施例の平面図、第３２ａ図乃至第
３２ｃ図には゛重子写真印刷に第２の好ましい実施例を
使う場合を示す略図、第３３図は第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づ側面
断面図、第３４図は第２の好ましい実施例画素のアドレ
ス動作を尽す平面図、第３５ａ図乃至第３５ｅ図は第１
の好ましい実施例の製造方法の工程を示ケ断面図、第３
６ａ図乃至第３６Ｃ図及び第３７ａ図乃至第３７Ｃ図は
第１の好ましい実施例の製造方法の晟後の工Ｐ７を示り
。 断面図、第３８図は第３の好ましい実施例の平面図、第
３９ａ図乃至第３９ｄ図（よ５ｆなる形のはり及び配置
を示す平面図、第４０ａ図乃至第４０８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、第４１ａ図
乃ｆ第４１Ｃ図ｔま第２の好ましい実施例の製造方法の
工程の平面図、第４２ａ図及び第４２ｂ図は第４の好ま
しい実施例の画素の７レイの平面図及び略図、第４３ａ
図乃〒第４３ｄ図及び第４４ａ図乃至第４４Ｃ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及び
側面断面図である。 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ｆイングＳ１２極 ４２．４６：アドレス電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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
   するランデインク電極を持ち、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、前記ランデインク電極が、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。