JPH04230725A - 非衝撃プリンタ - 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】

【Ａ．産業上の利用分野】本発明は、空間光変調器（ラ
イト　　バルブ）および無衝撃プリンタ、特に電子的に
アドレス可能な偏向することができる梁で形成され、電
子写真プリントに使用するために実質上直線的な列に配
置された絵素を有する空間光変調器に関する。

【０００２】

【Ｂ．従来の技術】空間光変調器（以下本明細書におい
てはＳＬＭと略記する。）は、入射光を電気的または光
学的入力に対応する空間パターンに変調するトランスデ
ューサである。入射光はその位相、強度、偏光または方
向で変調され、光変調はいろいろな電気光学的または磁
気光学的効果を有するいろいろな材料によって、および
表面変形により光を変調する材料によって達成される。 ＳＬＭは光学的な情報の処理、投影ディスプレイおよひ
静電印刷の分野で沢山の応用を見出している。３０アイ
・イー・イー・イー・トランザクションズ・オブ・エレ
クトロン・ディバイシーズ（ＩＥＥＥ　　Ｔｒａｎ．　
　Ｅｌｅｃ．　　Ｄｅｖ．）５３９（１９８３）に掲載
されたエル・ホーンベック（Ｌ．Ｈｏｒｎｂｅｃｋ）著
１２８×１２８デフォーマブル・ミラー・ディバイス（
Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ　　Ｍｉｒｒｏｒ　　Ｄｅｖｉｃ
ｅ（変形可能な鏡装置））と題する論文の中で引用され
ている参考文献を見られたい。

【０００３】明るい大型エレクトロニック・ディスプレ
イのために使用される公知のＳＬＭはアイドホール（Ｅ
ｉｄｏｐｈｏｒ）で、それは活性光学素子として静電的
に凹凸状態にされたオイルの薄膜を使用するシステムで
ある。イー・バウマン（Ｅ．Ｂａｕｍａｎｎ）著ザ・フ
ィッシャ・ラージ・スクリーン・プロジェクション・シ
ステム（アイドホール）（Ｔｈｅ　　Ｆｉｓｃｈｅｒ　
　ｌａｒｇｅ−ｓｃｒｅｅｎ　　ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ
　　ｓｙｓｔｅｍ（Ｅｉｄｏｐｈｏｒ）（フィッシャ型
大型スクリーン投影システム））、２Ｄ　　Ｊ．　　Ｓ
ＭＰＴＥ３５１（１９５３）を見られ度い。このシステ
ムにおいては、連続的なオイルの薄膜が、そのオイルの
薄膜上の各解像可能な絵素領域の中に付着された電荷の
空間的に周期的な分布を作り出すように変調された電子
ビームでラスター状に走査される。この電荷分布は結果
として、オイル薄膜の表面と一定電位に維持された支持
基板の間の静電的な引力のおかげで各絵素の中に位相格
子を作り出すことになる。この引力は付着された電荷に
比例する量だけその薄膜の表面を変形させる。変調され
たオイルの薄膜はキセノンアーク灯からの空間的にコヒ
ーレントな光で照明される。そのオイルの薄膜上の変調
された絵素に入射する光は局所的な位相格子によって規
則正しい間隔をおいた次数の線の飛びとびのセットに回
折され、それらは光学システムの一部として交互に変わ
る明暗の棒の周期的な列からなるシュリーレン・ストッ
プの上に落ちるようにさせられる。そのシュリーレン・
ストップの棒の間隔は、高い光学的スループット効率が
達成されるように、そのストップ面における回折された
信号のいろいろの次数の線の間隔と整合するように選ば
れる。ライトバルブの変調されない領域に入射する光は
そのシュリーレン・ストップの暗の棒によって投射レン
ズに到達しないようにブロックされる。投射スクリーン
上にシュリーレン撮像システムによってライトバルブ上
の変調されない領域で形成される像はしたがって暗く、
一方変調された電子ビームによって導入される位相擾乱
はシュリーレン投影器によってスクリーン上の光の明る
いスポットに変換される。電子照射によるオイルの重合
および陰極の有機蒸気による汚染と結び付いた沢山の技
術的な困難にも拘わらず、この種のオイル薄膜システム
は、スクリーンで数千ルーメンの全光量を必要とする殆
んど普遍的に使用されるシステムとなる点まで、成功裡
に開発された。しかしながら、このようなシステムは高
価で、嵩ばり、短寿命の構成成分を持っている。

【０００４】沢山の非オイル薄膜型のＳＬＭもまた開発
された。それらは偏向可能部材型、偏光面回転型、およ
び光散乱型を含んでいる。これらの型式のＳＬＭは金属
、エラストマ、またはエラストマー光導電体の反射層の
変形、強誘電体、ＰＬＺＴ（ランタン活性化ジルコン酸
チタン酸鉛）セラミックスおよび液晶の偏極および散乱
のようないろいろの効果を使用している。例えば、アー
ル・スプラーグ（Ｒ．Ｓｐｒａｇｕｅ）その他著リニア
・トタル・インターナル・レフレクション・スパシアル
・ライト・モジュレータ・フォア・レーザ・プリンティ
ング（Ｌｉｎｅａｒ　　ｔｏｔａｌ　　ｉｎｔｅｒｎａ
ｌ　　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　　ｓｐａｔｉａｌｌｉｇ
ｈｔ　　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　　ｆｏｒ　　ｌａｓｅｒ
　　ｐｒｉｎｔｉｎｇ（レーザー印刷のための線形内部
全反射空間光変調器）），２９９Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ６
８（１９８１）、ダブリュー・ターナー（Ｗ．Ｔｕｒｎ
ｅｒ）およびアール・スプラーグ（Ｒ．Ｓｐｒａｇｕｅ
）著インテグレーティッド・トータル・インターナル・
レフレクション・スペシアル・ライト・モデュレータ・
フォア・レーザ・プリンティング（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅ
ｄ　　ｔｏｔａｌ　　ｉｎｔｅｒｎａｌｒｅｆｌｅｃｔ
ｉｏｎ（ＴＩＲ）ｓｐａｔｉａｌ　　ｌｉｇｈｔ　　ｍ
ｏｄｕｌａｔｏｒ　　ｆｏｒ　　ｌａｓｅｒ　　ｐｒｉ
ｎｔｉｎｇ（レーザ印刷のための集積された内部全反射
空間光変調器））２９９Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ７６（１９
８２）および米国特許明細書第４，３８０，３７３号は
、レーザ光が照明線の形に形成され、直線的な光変調器
の列を通過させられ、ついで感光媒体の上に結像させら
れる、感光媒体上の非衝撃プリンティングのためのシス
テムを記載している。その配列は電極、およびニオブ酸
リチウムのような電気光学的結晶の全反射面に対向して
置かれている集積された駆動部材上に作られている駆動
エレクトロニクスを有する内部全反射空間光変調器とし
て実際に用いられる。各二つの電極の間の周縁場によっ
て生じる屈折率の局所的な変化はシュリーレン読出し光
学系を使って読み出され、その光学系が内部全反射境界
面を感光媒体の上に結像する。それは１次元像であり、
印刷への応用のために２次元像（例えば、１頁の文章）
を発生させるために、直線的な列の像の下でその感光媒
体はドラムの上で回転させられる。しかしながら、ＳＬ
Ｍ（ライト　　バルブ）はそのハイブリドの性質によっ
て製造上の問題を非常に受け易い。周縁場の強さ、およ
びしたがって変調された絵素から回折された光の量は１
／１０ミクロンよりも小さい、アドレス電極と電気光学
的結晶表面の間の空気間隙の厚みの変化に感じ易い。し
たがって、結晶と電極構造物の間に捕えられた非常に小
さい粒子でさえも感光媒体に照明の不均一の問題を惹き
起こす。ライトバルブの変調された領域と非変調の領域
の間の境界に位置している絵素についてのその系の光学
的応答もまた、アドレス技術の性質によって、変調され
た領域の真中附近の絵素に対する応答よりも著しく低い
。この技術に基づいて市場で入手できるようなプリンタ
は今日まで導入されていない。

【０００５】エム・リトウル（Ｍ．Ｌｉｔｔｌｅ）その
他著、ＣＣＤ−アドレスト・リキッド・クリスタル・ラ
イト・バルブ（ＣＣＤ−Ａｄｄｒｅｓｓｅｄ　　Ｌｉｑ
ｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ　　Ｌｉｇｈｔ　　Ｖａｌｕｅ（
ＣＣＤを使ってアドレスされる液晶光バルブ））、Ｐｒ
ｏｃ．　　ＳＩＤ　　Ｓｙｍｐ．２５０（１９８２年４
月）はシリコン・チップの表側のＣＣＤ領域の列および
そのチップの裏側の液晶の列を有するＳＬＭを記載して
いる。電荷は、完全な１フレームのアナログな電荷のデ
ータが負荷されるまで、そのＣＣＤに入力される。その
電荷は、ついで、そのチップの裏側に排出され、それは
そこで液晶を変調する。この装置は激しい固定パターン
の雑音および前面から裏面への移送の結果生じる電荷の
拡がりに起因する解像力の低下を受ける。

【０００６】１次元列としても２次元列としても製造さ
れる他の一つの形式のＳＬＭは変形可能な鏡である。変
形可能な鏡は、エラストマ型、薄膜型および片持ち梁型
の３種類に再分される。エラストマを使用するアプロー
チでは、金属薄膜でコートされ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、その電圧がエラス
トマの圧縮を通して表面変形を作り出す。アドレス電圧
は１００乃至２００ボルトのオーダでなければならない
から、エラストマは高密度シリコンアドレス回路と一緒
に集積するための優れた候補ではない。一般に、エイ・
ラカトス（Ａ．Ｌａｋａｔｏｓ）およびアール・ベルゲ
ン（Ｒ．Ｂｅｒｇｅｎ）著“ＴＶプロジェクション．デ
ィスプレイ・ユージング・アン・アモルファス−Ｓｅ−
タイプ・ルチコン・ライト・バルブ（ＴＶ　　ｐｒｏｊ
ｅｃｔｉｏｎ　　ｄｉｓｐｌａｙ　　ｕｓｉｎｇ　　ａ
ｎ　　ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−Ｓｅ−ｔｙｐｅ　　ＲＵＴ
Ｉ−ＣＯＮ　　ｌｉｇｈｔ　　ｖａｌｕｅ（非晶質Ｓｅ
型ルチコン・ライト・バルブを使用するＴＶ投射ディス
プレイ））”ＩＥＥＥ　　Ｔｒａｎ．Ｅ　　ｌｅｃ．Ｄ
ｅｖ９３０（１９７７）を見られ度い。

【０００７】薄膜変形可能鏡にはいろいろな種類のもの
がある。一つの種類は本質的に前に議論されたアイドホ
ール（Ｅｉｄｏｐｈｏｒ）のオイルの薄膜の代替物であ
る。このシステムでは、薄い反射性の薄膜が、支持の格
子構造物を使って陰極線管（ＣＲＴ）のフェイスプレー
トに取り付けられている。アドレスは、アイドホール（
Ｅｉｄｏｐｈｏｒ）におけると同じように、ラスタ走査
される電子ビームによって行なわれる。電子ビームによ
ってＣＲＴのガラス製のフェイスプレートに付着させら
れた電荷は一定電圧に保持された薄膜を静電的に引張る
。この引力はその薄膜が格子構造物によって形成される
ウエルの中にたれるようにし、その際各変調された絵素
の場所に微小な球面鏡を形成するようにする。この種の
変調された絵素から回折される光は鏡面反射されるビー
ムに関して回転対称の比較的狭い円錐に集中される。 この種のライトバルブは、したがって、そのライトバル
ブの変調されていない領域からの鏡面反射の後に光学的
システムによって形成される光源の像をブロックするよ
うに位置させられ、そのような寸法にされた。ただ一つ
の中央の掩蔽から成っているシュリーレンストップと一
緒に使用される。変調された絵素は、中央の掩蔽よりも
大きいが、それにセンター合せされているシュリーレン
ストップ面に円形の光の斑点を発生させる。そのストッ
プ効率またはそのシュリーレンストップを越えることが
できる変調された絵素のエネルギの割合は、一般に、変
形可能薄膜に基づく投射器について、オイル薄膜のアイ
ドホール（Ｅｉｄｏｐｈｏｒ）投射器についてよりもい
くらか低い。さらに、このような薄膜変形可能鏡システ
ムは少なくとも二つの主要な問題を持っている。比較的
硬い反射性の薄膜をアドレスするのに高電圧が必要であ
り、電子ビームのラスタと絵素を支持している格子構造
の間の僅かな不揃いもアドレス上の問題となる。このよ
うな不揃いは像のにじみおよびディスプレイの輝度の不
均一を惹き起すだろう。

【０００８】他の一つの種類の薄膜変形可能鏡がエル・
ホーンベック（Ｌ．Ｈｏｒｎｂｅｃｋ）著、３０ＩＥＥ
Ｅ　　Ｔｒａｎ、Ｅｌｅｃ．Ｄｅｖ．５３９（１９８３
）および米国特許明細書第４，４４１，７９１号に記載
されており、シリコンアドレス回路に貼り付けられた金
属メッキを施しされた重合体の鏡の列から成るハイブリ
ッド集積回路である。鏡素子から空気間隙によって隔て
られている、下地となっているアナログアドレス回路が
鏡の列を静電的な引力によって選択された絵素として移
動させられるようにする。その結果生ずる２次元の移動
パターンは反射される光に対して対応する位相変調パタ
ーンを生じさせる。このパターンはシュリーレン投射技
術によってアナログ強度変化に変換されるか、あるいは
光学的情報処理器のための入力トランスデューサとして
使用される。しかしながら、薄膜変形可能鏡は、ミクロ
ンサイズの小さな粒子さえもその薄膜と下地になってい
る支持構造の間に捕えられるときに生じる欠陥に対する
感じ易さに起因する製造の可能性の問題を持っている。 その薄膜はそれらの捕えられた粒子の上にテントを形成
し、そのようなテントの横方向の拡がりは粒子自体の寸
法よりも遙かに大きく、それらのテントはついでシュリ
ーレン結像システムによって明るいスポットとして結像
されるだろう。

【０００９】片持ち梁の変形可能な鏡は変形することが
できる片持ち梁の微小機械的な列であり、直線的あるい
は面積状のパターンの中で入射光を変調するために、そ
れはあるアドレス手段によって静電的に個々に変形され
ることができる。本来の意味の投射光学系と組み合わせ
て使用され、片持ち梁の変形可能な鏡はディスプレイ、
光学的情報処理、および電子写真印刷のために使用され
ることができる。真空蒸着によってガラスの上に作られ
る金属の片持ち梁を使った以前の変形が米国特許明細書
第３，６００，７９８号に記載されている。この装置は
、装置の非集積構造から生じる表裏のガラス基板の並び
を含む製造上の問題を持っている。

【００１０】片持ち梁の変形可能な鏡装置はアール・ト
ーマス（Ｒ．Ｔｈｏｍａｓ）その他著ザ・ミラー・マト
リックス・チューブ；ア・ノーブル・ライト・ベルブ・
フォア・プロジェクション・ディスプレイズ（Ｔｈｅ　
　Ｍｉｒｒｏｒ−ＭａｔｒｉｘＴｕｂｅ；Ａ　　Ｎｏｖ
ｅｌ　　Ｌｉｇｈｔ　　Ｖａｌｖｅ　　ｆｏｒ　　Ｐｒ
ｏｊｅｃｔｉｏｎ　　Ｄｉｓｐｌａｙｓ（ミラー・マト
リックス管：投射ディスプレイのための新規なライトバ
ルブ），２２　　ＩＥＥＥ　　Ｔｒａｎｓ．　　Ｅｌｅ
ｃ．　　Ｄｅｖ．７６５（１９７５）および米国特許明
細書第３，８８６，３１０号および第３，８９６，３３
８号に記載されている。 この装置はつぎのようにして製造される。熱二酸化シリ
コン層がサファイヤ上シリコン基板の上に成長させられ
る。その酸化物が中央で一緒になる四つの片持ち梁のク
ロバーの葉の列にパターンを切られる。シリコンが各絵
素内に中央のシリコン支持ポストによって支持される四
つの酸化物の片持ち梁を残して、その酸化物が切り込ま
れるまで、等方的に湿式エッチされる。ついで、そのク
ロバーの葉の列が反射性を増すためにアルミニウムで被
覆される。サファイヤ基板上に附着させられるアルミニ
ウムは基準グリッド電極を形成し、それはある直流バイ
アスに保持される。その装置は走査電子ビームによって
アドレスされ、そのビームはクロバーの葉の梁の上に電
荷パターンを附着させ、それが基準グリッドに向う静電
的な引力によってその梁が変形させられるようにする。 消去は小さな間隔をおいて設けられている外部グリッド
を負にバイアスし、装置を低エネルギ電子で溢れさせる
ことによって達成される。シュリーレン投射器が梁の変
形を投射スクリーンにおける輝度変化に変換するために
使用される。この装置の著しい特徴はクロバーの葉形の
ジエオメトリであり、それが梁間の開きから４５°回転
させられた方向の梁の偏向に導く。このことは、変調さ
れた回折信号を減衰させることなしに、固定の回折雑音
信号を遮断するための簡単な交叉形のシュリーレンスト
ップの使用を可能にする。この装置は、４°まで偏向す
ることができる梁を使ってセンチメートル当り２００絵
素（インチ当り５００絵素）の絵素密度を持つものが製
造された。その光学系は１５０ワットキセノンアークラ
ンプ、反射シュリーレン光学系および５の利得を持った
７６．２５×１０６．７５ｃｍ（２．５×３．５ｆｔ）
のスクリーンを使用した。３５ｆｏｏｔ−ｌｕｍｅｎの
スクリーン輝度、１５対１のコントラスト比および４８
％の回折率で４００ＴＶ線の解像力が示された。１／３
０秒以下の書込み時間が得られ、消去時間は書込み時間
の１／１０と短かった。しかながら、その装置はスキャ
ンニングエラーから生じる解像力の劣化、低い製造歩留
りを持ち、通常の投射陰極線管に較べて何の利点も持っ
ていないという問題を持っている。すなわち、スキャン
からスキャンまでの位置の精度は個々の絵素上の再現性
のある書込みのために十分に高くはない。結果として生
じる解像力の損失は同等に書き込まれる蛍光体に比較し
て同じ解像力を維持するのに必要とされる絵素の数の少
なくとも４倍の増加を余儀なくする。また、その装置の
効率はクロバーの葉の支持ポストのためのエッチストッ
プの欠除、梁の破壊に導く梁の湿式エッチングおよび酸
化物の梁の上のゼロストレスの状態で通常の張力を持っ
たアルミニウムを蒸着する必要性によって限られ、さら
に、その装置は通常の投射陰極線管を越えるいかなる一
見してわかる代価あるいは性能上の利点も提供しない。

【００１１】アドレス回路を有するシリコン上に集積さ
れ、そのようにして前に記載された片持ち梁装置の高電
圧回路および真空容器を使った電子ビームアドレスを除
去する片持ち梁の変形可能な鏡は、ケイ・ペータセン（
Ｋ．Ｐｅｔｅｒｓｅｎ）著“マイクロメカニカル・ライ
ト・モジュレイタ・アレイ・ファブリケイティッド・オ
ン・シリコン（Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　　ｌ
ｉｇｈｔ　　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　　ａｒｒａｙ　　ｆ
ａｂｒｉｃａｔｅｄ　　ｏｎ　　ｓｉｌｉｃｏｎ（シリ
コン上に製造された微小機械的光変調器列））”、３１
アプライド、フィジックス・レタズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．）５２１（１９７７）および米国特許明
細書第４，２２９，７３２号に記載されている。これら
の参考文献の最初のものは、以下のように製造された、
１６×１列の飛込み板形の片持梁を記載している。約１
２ミクロンの厚さの（ｐ型であってもｎ型であってもよ
い）＜１００＞方向のシリコンのエピタキシャル層がｐ
＋　基板（または埋込み層）の上に成長させられる。そ
のエピタキシャル層は約０．５ミクロンの厚さに酸化さ
れ、厚さ約５０ｎｍ（５００Å）のＣｒ−Ａｕ薄膜で覆
われる。 Ｃｒ−Ａｕは接触パッドおよびアドレス線を形成するた
め、および飛込み板形の金属被覆を定義するために、エ
ッチング除去される。第２のマスキング工程で、酸化物
はその金属被覆の囲りの櫛形のパターンにエッチング除
去される。最後に、シリコン自体が摂氏１２０℃でエチ
レンジアミンおよびピロカテコールの溶液の中でエッチ
される。結晶軸に対するマスクの正しい方向が維持され
ていれば、金属コートされた飛び込み板形の酸化物はエ
ッチングによって切り込まれ、シリコンが無いようにさ
れる。エッチングは非等方性であるから、それ以上の横
方向のエッチングは櫛形パターンの矩形の被覆を定義す
る＜１１１＞面によって停止させられる。そのうえ、エ
ッチング液はｐ＋　材料で抑制され、そのようにして飛
込み板の下のウエルの深さはエピタキシャル層の厚さに
よって定義される。基板と飛込み板の金属被覆の間に直
流電圧が印加されると、薄い酸化物の飛込み板は静電的
にエッチされたウエルの中に向って偏向させられる。長
さ１０６ミクロン、幅２５ミクロンの飛込み板は約６６
ボルトの閾値電圧を示した。

【００１２】第２の参考文献（米国特許明細書第４，２
２９，７３２号）は飛込み板形の装置に似た仕方で製造
された装置（金属被覆された二酸化シリコンの片持ち梁
の下にウエルを形成するためのエッチストップとしてｐ
＋　型埋込み層）を記載しているが、異なった構造を持
っている。すなわち、その片持ち梁は一方の角で蝶番結
合された四角なフラップの形をしており、それらのフラ
ップは飛込み板の１次元の行ではなくて２次元の列を形
成し、それらのフラップの下のウエルは、それらのフラ
ップのためのアドレス線がフラップの行と列の間のシリ
コンの最上面の上に形成されるように接続されていない
。 勿論、フラップの角の蝶番結合は米国特許明細書第３，
８８６，３１０号および第３，８９６，３３８号のクロ
バーの葉形構造から出て来るが、完全なクロバーの葉形
構造は使用されることができなかった。クロバーの葉形
のフラップがシリコン表面から絶縁された中央ポストに
蝶番結合されているから、それは表面アドレス線を除外
するからである。さらに、それらの装置は密度の制限お
よび活性領域の小さな割合に起因する低い解像力および
低効率、低い製造歩留り、アドレス回路からの回折効果
に起因するコントラスト比の劣化、および酸化物のフラ
ップの充電効果に起因する残像を含む問題を持っている
。特に、ウエルはエピタキシャル層をｐ＋　型エッチス
トップまで下方にエッチング除去して形成されているこ
とに起因して、アドレス回路を活性領域の下に置くため
の選択は存在しないから、アドレス回路は活性領域（フ
ラップ）の囲りに詰め込まれている。したがって、活性
領域は、実質上回折効率と一緒に、減少させられる。こ
のことは、同じスクリーン輝度を得るのにより大きなラ
ンプ出力を必要とすることを意味する。アドレス回路は
附加の面積を必要とするから、結果として達成できる解
像力の低下を伴って、絵素の寸法がフラップ面積を大き
く越えて増大する。ウエルを形成するために必要な湿式
エッチングは低い電気的および機械的な効率に導く。実
際、チップに切断した後のような湿式掃除がフラップお
よび飛込み板を破壊する。スピン−すすぎ／乾燥サイク
ル中梁の下に捕らえられた水が、表面から遠心脱水され
るときに梁を破壊するからである。その代りに、水が表
面から蒸発させられるときは、水は表面残留物を残し、
それが誤った装置の操作となる表面のリーク電流を増大
させることがあり得る。また、シリコン表面にあるアド
レス回路は変調されなければならない入射光に曝らされ
、トランジスタゲートからの好ましくない回折効率を作
り出し、それに加えてコントラスト比を低下させる。 さらに、アドレス構造物への光のリークは光発生させら
れた電荷を作り出し、貯蔵時間を短くする。最後に、酸
化物／金属のフラップはウエルに面した絶縁側を持って
おり、ウエルを通して存在する強い電場に起因して充電
する。このことは残（焼付き）像を作り出す。この残像
の問題を除去するのに必要な交流駆動は記載されたＮＭ
ＯＳ駆動回路では供給され得ない。さらに、フラップが
最大安定偏向を越えて偏向させられるときは、それは崩
壊しウエルの底にくっつく。したがって、崩壊電圧を越
える電圧は絶対に避けられなければならない。

【００１３】片持ち梁アプローチの一変形が、ケイ・ペ
ータセン（Ｋ．Ｐｅｔｅｔｓｅｎ）著、シリコン・トー
ショナル・スキャンニング・ミラー（Ｓｉｌｉｃｏｎ　
　Ｔｏｒｓｉｏｎａｌ　　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　　Ｍｉｒ
ｒｏｒ（シリコン捩り走査鏡））、２４ＩＢＭ　　Ｊ．
Ｒｅｓ．Ｄｅｖｐ．６３１（１９８０）およびエム・カ
ドマン（Ｍ．Ｃａｄｍａｎ）その他著、ニュー・マイク
ロメカニカル・ディスプレイ・ユージング・シン・メタ
リック・フィルム（Ｎｅｗ　　Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎ
ｉｃａｌ　　Ｄｉｓｐｌａｙ　　Ｕｓｉｎｇ　　Ｔｈｉ
ｎ　　ＭｅｔａｌｌｉｃＦｉｌｍｓ（金属薄膜を使用す
る新しい微小機械的ディスプレイ））、４　　ＩＥＥＥ
　　Ｅｌｅｃ．Ｄｅｖ．Ｌｅｔｔ．３（１９８３）に記
載されている。このアプローチは、二つの相対する角で
周囲の反射性の表面に接続されている金属フラップを形
成し、その接続によって形成される軸に沿ってフラップ
を捩ることによって動作する。それらのフラップは下地
のアドレス基板とモノリシックに形成されてはいず、前
に述べられた変形可能薄膜装置と似た方法でそれに貼り
付けられる。

【００１４】以上論議された片持ち梁の参考文献はすべ
て、シュリーレン投射光学システムがその片持ち梁装置
と一緒に使用されることを暗示している。しかし、この
ようなシステムは到達できる光学的性能の点で限界を持
っている。第１に、結像レンズのアパーチャ直径が信号
のエネルギのみを通過させるのに必要であるよりも大き
くなければならない。したがって、レンズの速度は、中
央のシュリーレンストップの掩蔽の囲りで信号エネルギ
をすべて通過させるために、比較的高くなければならな
い。（あるいは、等価的に、そのｆ数が小さくなければ
ならない。）それに加えて、この結像の配列ではレンズ
瞳孔の外側の部分を通過する。空間光変調器上のいずれ
かの与えられた点を出て、結像レンズ瞳孔の一番外側の
領域を通る光線は、どのような結像レンズの光学的設計
中でもよく補正された焦点を結ばせるのに最も難しい光
線である。外側の光線が良く制御されるときは、結像レ
ンズの中心を通過する光線は自動的に良く補正される。 したがって、結像レンズのより高いレベルの光学的設計
の複雑さが必要である。第２に、結像レンズが片持ち梁
空間光変調器の上の軸からはずれた絵素の良く補正され
た像を形成することができる視野の角度もまた制限され
る。どのようなレンズ設計の仕事もレンズの速度と、そ
れが優れた像の質をもってカバーすることができる視野
の角度の間の妥協を含んでいる。速いレンズは小さい視
野で動作する傾向があり、他方広い角度のレンズは比較
的遅い傾向がある。シュリーレン像はその全アパーチャ
で良く補正されていなければならず、そのアパーチャは
像を形成する光を通過させるのに必要であるよりも大き
な直径をしているから、レンズによってカバーされるこ
とができる視野の角度は、信号が掩蔽されない、より小
さな直径のレンズの中心を通過する、異なった結像配列
が考案される場合にそうであるよりも小さい。最後に、
与えられた有限の速度を有する結像レンズについて、シ
ュリーレンストップの配置の使用もまた使用することが
できる光源の寸法を制限する。このことは、ついで、投
射スクリーンまたは偏向された絵素の像において受光器
に供給されることができる放射照度のレベルを制限する
。この放射照度レベル、あるいは単位面積当り供給され
る出力は光源の放射束、光学システムの透過度、および
光線を形成する像の円錐の立体角の積に依存する。光源
の放射束は使用される特定のランプによってのみ決定さ
れる。光学的な透過度は、特定の空間位相変調器／シュ
リーレンストップ配列および表面透過損失についてのス
トップ効率に依存する。しかし、像を形成する光の円錐
の立体角は信号エネルギで満たされる結像レンズ瞳孔の
面積に正比例する。結像レンズ瞳孔の中央の領域を掩蔽
するシュリーレンストップの使用は使用可能な瞳孔面積
を制限する。与えられた速度のレンズおよび与えられた
放射束の光源について得ることができる像面における放
射照度レベルを制限する。それは、使用することができ
る最大の光の円錐が梁の偏向角に等しい開き角を持って
いるという基本的な放射束制限に加えてである。

【００１５】したがって、公知の片持ち梁空間光変調器
は、絵素の活性領域の割合を制限するアドレス回路、低
収率を与える処理工程、梁の中の薄膜のストレスに対す
る感受性、梁の絶縁体の充電効果、梁の崩壊に対する過
電圧保護の欠除、低コストの光学系設計と両立しない性
能、および表面上の非平面的なアドレス回路に起因する
低コントラスト比を含む問題を持っている。

【００１６】さらに、公知の非衝撃プリンタシステムは
固有な低製造歩留りおよび複雑な光学系を有する空間光
変調器の使用を含む問題を持っている。

【００１７】

【Ｃ．発明が解決しようとする問題点】本発明の目的は
、各々が電子的にアドレスされることができる単数また
は複数の偏向することができる梁を含んでいる、本質的
に線形の絵素列を持ったモノリシックな空間光変調器、
およびそのような線形の空間光変調器を内蔵する電子写
真プリンタシステムを提供することである。

【００１８】

【Ｄ．問題点を解決するための手段】好ましい実施例は
、スペーサ層の中のウエルの上に形成された偏向するこ
とができる梁を持った絵素も、スペーサ層なしで一体の
ポストで支持された偏向することができる梁をもった絵
素も含んでいる。さらに、各絵素はただ一つの梁あるい
は梁の積重ねを持つことができる。

【００１９】好ましい実施例のプリンタシステムは、絵
素にアドレスするためのオンチップシフトレジスタ、お
よびオフセットのための補償遅延をもってアドレスする
線の両側の偶数および奇数の絵素に分けられた絵素のオ
フセットラインを有する、モノリシックな空間光変調器
を内蔵している。これらの空間光変調器およびプリンタ
システムは低製造歩留りおよび複雑な光学系を含む公知
のシステムの問題を解決する。

【００２０】本発明による偏向可能な梁の空間光変調器
（ＳＬＭ）の好ましい実施例は典型的には線形の、ある
いは本質的に線形の絵素の列を含んでおり、各絵素は個
々にアドレスすることができ、単数または複数の静電的
に偏向可能な反射する梁を含んでいる。それらの絵素は
モノリシックなシリコンを基礎とするチップの形で組み
合わされている。そらのチップはシリコンウエハを処理
し、ウエハをチップに切断し、ついで個々のチップを処
理することによって製造される。そのうちチップの寸法
は応用にしたがって変化する。例えば、（センチメート
ル当り１２０ドット（インチ当り３００ドット）の構成
要素であることができる）１列の直線形の絵素では、約
３．２５ｃｍ（１３００ミル）×０．６２５ｃｍ（２５
０ミル）の１チップ上に約１２μｍ平方の絵素で２４０
０個が製造される。その空間光変調器は光を絵素で反射
することによって動作し、反射された光は電気的信号で
梁の偏向を変化させることによって変調される。

【００２１】それらの空間光変調器は、典型的には、オ
ンチップのアドレス回路を含み、プリンタの例のために
は、一つの行のドットが偏向している梁によって結像さ
れている間に、つぎの行が空間光変調器の中に負荷され
ている。

【００２２】

【Ｅ．実施例】図１Ａおよび図１Ｂは好ましい実施例の
プリンタシステムを図式的に示し、それはつぎのように
動作する。光源ＬまたはＴＳから出た光は図示された軌
道に沿うように向けられ、光路にも図面の面にも垂直な
線にコリメートされている。この光の線は線形の空間光
変調器Ｓの絵素で反射され、回転するゼログラフィドラ
ムＲの上に結像される。偏向されない絵素の梁で反射さ
れた光の行の部分はシュリーレンストップＳでブロック
されるか、またはレンズＬ６から外される。その反対に
、偏向された絵素の梁で反射された部分はシュリーレン
ストップを避けるか、あるいはレンズＬ６に向い、ドラ
ムＲ上に結像される。ドラムＲ上の像は、ドラムＲの軸
に平行にドラムＲに向けられた、偏向された絵素の梁の
線の像（各絵素の梁の像は本質的にドットである）であ
り、そこで光路はドラムＲと交叉する。時間に関して相
連続する絵素の梁の偏向の線形のパターンはこのように
して、回転ドラムＲ上の線形のドットの相連続するパタ
ーンに伝達され、そのドラムＲはそれらの線形パターン
から成る合成された２次元の像を通常のゼログラフィ過
程によって紙葉に伝達する。図１および他の図面のすべ
てが説明を明瞭にするために図式的であることには注意
しなければならない。

【００２３】２，４００絵素を持った第１の好ましい実
施例の線形の空間光変調器が図２Ａおよび図２Ｂに図式
的な平面図および等価回路図で示されている。絵素は可
変キャパシタとして示されている。梁の偏向が、その梁
と下地の電極によって形成される空気ギャップキャパシ
タのキャパシタンスを変えるからである。照明される領
域が図２Ａに点線で示されており、詳細が図３Ａに断面
図で、図３Ｂに平面図で示されている。一般に２０で示
され、基本的に狭いウエルを覆うフラップである各絵素
は基板２２、スペーサ２４、反射層２６、層２６の中に
形成され、プラズマエッチのためのアクセス孔３０を含
んでいるフラップ２８、電極３２、基板２２から電極３
２を絶縁するゲート酸化物の層３４、および絶縁層３６
を含んでいる。基板２２は強くドープされた上の領域３
８を含んでいる。図３Ｂにおいて、破線は電極３２の周
囲を示し、破線はスペーサ２４の周囲を示す。絵素２０
のための典型的な寸法はつぎの通りである。フラップ２
８は一辺が１２乃至２５μｍの正方形であり、スペーサ
２４は厚さ１乃至２．５μｍ（したがって、フラップ２
８の底面から下に向って基板２２までの距離は１乃至２
．５μｍ）である。層２６は厚さ０．１２μｍ（１，２
００Å）、孔３０は２μｍの正方形または円である。 プラズマエッチのためのアクセスギャップ３１は幅２μ
ｍ、電極層３２は厚さ０．３０μｍ（３，０００Å）、
ゲート酸化物層３４は厚さ０．１５μｍ（１，５００Å
）、絶縁層３６は厚さ０．１５μｍ（１，５００Å）、
ドープされた領域３８は厚さ１μｍである。第１図に示
されているようなプリンタの中で使用するための直線状
の配列を形成するための絵素２０の並びが以下に議論さ
れる。

【００２４】基板２２は５乃至１０Ω−ｃｍの比抵抗を
持った＜１００＞の方向のシリコンである。スペーサ２
４は絶縁物であるポジティブフォトレジスト（ノブオ　
　ラック樹脂を基礎とする。）であり、層２６は４％の
銅を含むアルミニウム合金である。この合金はスペーサ
２４の熱膨脹係数とは著しくは異なっていない係数を持
っており、このことは以下に記載されるように、層２６
上に層２４を附着させる方法によって作り出される層２
４と２６の間の歪を最小にする。電極層３２はｎ＋　ド
ープされた多結晶シリコンである。ゲート酸化層３４お
よび絶縁層３６は二酸化シリコンで、ドープされた領域
３８はｐ＋　型である。

【００２５】絵素２０は層２６と電極３２の間に電圧を
印加することによって操作される。フラップ２８および
電極３２の露出した表面は空気間隙キャパシタの２枚の
板を形成し、その電圧によってその２枚の板に誘起され
る互に反対符号の電荷はフラップ２８を電極３２の方に
引張る静電的な力を及ぼす。この引力はフラップ２８が
蝶番領域４０で曲り、電極３２に向って偏向させられる
ようにする。図４は、最も小さな間隙の領域に集中させ
られた電荷の指示と一緒にこの偏向の誇張された図を示
す。２０から２５ボルトまでの範囲の電圧については、
偏向は１乃至２度の範囲（２０μｍのフラップについて
、１度の偏向で蝶番４０から最も遠いフラップ２８の角
で約０．５μｍの垂直な運動）にある。蝶番３４の曲が
りによって作り出される回復力は近似的に偏向の１次関
数であるが、静電力は近似的にフラップ２８の最も近い
角と電極３２の間の距離の逆数の対数として変化するか
ら、電圧の全く直線的ではない関数であることには注意
しなければならない。図５は偏向の電圧依存性を表わす
。フラップが不安定となり、電極３２に触れるまで全軌
道を通って曲るようになる電圧は崩壊電圧と呼ばれる。 崩壊電圧よりもいくらか低い電圧については、偏向はほ
ぼ電圧の１次関数（図５の点線を見よ。）であり、それ
はアナログ操作領域である。

【００２６】図６Ａおよび図６Ｂは電極３２のための駆
動電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）のそれぞれ断面図
および平面図を示す。各駆動ＦＥＴはｎ＋型ソース４２
、ｎ＋　型ドレイン４４、および空間光変調器の半分に
共通なゲート４６を含んでいる。図２を見よ。各駆動Ｆ
ＥＴはチャネルストップの役をするｐ＋　型層３８の中
の穴の中に形成され、図６Ｂが、図面を明瞭にするため
に絶縁層３６、スペーサ２４および金属層２６を取り外
した図であることには注意しなければならない。

【００２７】図１に示された第１の好ましい実施例のプ
リンタシステムにおける第１の好ましい実施例の空間変
調器の操作がここで説明されることができる。（１）印
刷しようとする像がドットから成る線に不連続にされ（
例えば、２０ｃｍ（８″）×２５ｃｍ（１０″）の像は
、両方向に、各々が毎ｃｍ１２０ドット（毎インチ３０
０ドット）である２４００ドットの３，０００の線にば
らばらにされる。）、各ドットの強度が信号電圧で表わ
される。（２）２，４００ドットの第１の線は偶数と奇
数番号のドットに再分され、奇数番号のドットに対応す
る信号電圧は（１，２００のタップを持った）直列／並
列変換器４８に供給され、偶数番号のドットのための信
号電圧は絵素のオフセット（後に説明される）を埋め合
わせるために遅延させられ、ついで直列／並列変換器５
０に供給される。直列／並列変換器４８および５０はそ
れぞれ１，２００のバッファ増幅器５２および１，２０
０のバッファ増幅器５４に出力し、それらはそれぞれ１
，２００の駆動ＦＥＴ５６および１，２００の駆動ＦＥ
Ｔ５８によって絵素電極３２に接続されている。 （３）駆動ＦＥＴ５６のための共通のゲート４６はＦＥ
Ｔを一時的にオンし、その際絵素電極３２を奇数番号の
ドットに対応する信号電圧にセットし、図２Ａおよび図
６Ｂの上の行の絵素（図３Ｂの左列の絵素）の梁２８の
対応する偏向を惹き起すように、パルスを加えられる。 （４）一旦ゲート４６がＦＥＴをオフすると、奇数番号
のドットの第２の線の電圧の印加が始まるが、梁２６は
その最初の線のドットの偏向および印加中回転ドラムの
上の像を維持する。（図７Ａを見よ。それは偏向されな
い、左から数えて３番目と４番目の梁を持った一つの行
の７個の梁の瞬間的な像を表わす。）（５）一旦ドラム
が上と下の絵素の行の間の距離を補うのに十分なだけ回
転すると、共通のゲート６０はＦＥＴ５８を一時的にオ
ンするようにパルスを印加され、その際絵素電極３２を
偶数番目のドットに対応する信号電圧にセットし、図２
Ａおよび図６Ｂの低い方の絵素列（図３Ｂの右列の絵素
）の中の絵素の梁２８の対応する偏向を惹き起す。 （６）一旦ゲート６０がＦＥＴをオフすると、第２の線
の偶数番号のドットの電圧の印加が始まり、それらの梁
は印加中その第１の線のドットの偏向および回転ドラム
上の像を維持する。そうこうするうちに、ゲート４６は
再びパルスを印加され、奇数番目の像の第２の線が回転
ドラムの上にある。（図７Ｂを見よ。それは、偏向され
ていない七つのうちの第３および第４の梁を持った偶数
番号の像の第１の線と一緒に、実線の正方形の上の列と
して、偏向された七つのすべての梁を持った奇数番号の
第２の線を示す。図７Ａに示されたドラムの上の領域も
また、今や点線で示された場所に向って動いている。）
（７）この過程が奇数番目の像の第３の線および偶数番
目の第２の線を使って繰り返される。図７Ｃは瞬間的な
像プラス図７Ａおよび図７Ｂに示された像の場所を示す
。図７Ａから図７Ｃまでの瞬間的な像に対して、図７Ｄ
は、受けられる全体の光を回転方向にドラムに沿って距
離の傾斜をもって上昇／傾斜を持って下降の関数にする
ドラム回転と梁の偏向の有限の保持時間の組合わせを表
わす。もっと詳細には、例えば図７Ｄを参照すれば梁が
時点Ｏで偏向されない状態から偏向された状態にスイッ
チされるときは、梁の像はドラム上の場所７１に作り出
される。そのときドラムは回転しており、したがって像
はドラム上を動き、時点ｔには像は場所７３にある。 それ故、場所７１の左手の部分はもはや光を受けておら
ず、場所７３に重なっている場所７１の部分はまだ光を
受けている。ドラムが回転し続けるとき、その重なりは
減少し、受けられる全体の光は傾斜をもって上昇する関
数７５である。像が丁度場所７７に達するとき、梁が偏
向されない状態にスイッチされると、場所７７までに受
けられる全体の光は傾斜をもって下降する関数７９であ
る。場所７７の右手の部分は像の運動に基づいて左手の
部分程長く照明されないからである。したがって、一つ
の線からつぎの線までの距離動くドラムに対応する時間
の間のみ偏向されるただ一つの梁に起因するドラム上の
距離の関数としての受けられる全体の光はグラフ７５−
７９を持った関数によって与えられる。この受けられた
光に起因する、プリントされるドットの寸法はゼログラ
フィ過程における閾値を変化させることによって調節さ
れることができる。例えば、破線で示されたようにセッ
トされた閾値を使用すれば、一つの線からつぎの線に向
う方向のプリントされたドットの寸法は８１−８３によ
って与えられる。最後に、同じ梁がつぎの線によっても
偏向されると、グラフ８５に対応する光が受けられ、二
つのグラフは加算され、点線８７で示されるような受け
られた全体の光を与える。勿論、線間の距離が丁度像の
長さであれば、グラフ７５−７９および８５は（頂上に
平坦な点なしの）三角形となり、この場合には場所７１
と７７は互いに隣接するだろう。図７Ａから図７Ｃまで
は一つの線からつぎの線までの距離の２倍を動くドラム
に対応する遅れを表わし（すなわち、奇数番目の像の第
３の線が図７Ｂの偶数番目の像の第１の線と同時にドラ
ムを照明しているだろう）、図に示唆された空白の行が
満たされるだろう。

【００２８】第１の好ましい実施例の空間光変調器の光
学的に活性な領域（すなわち、図６Ａに示された部分）
の製造のための工程が図８Ａから図８Ｆまでに示され、
つぎの通りである。（１）比抵抗５乃至１０Ω−ｃｍの
＜１００＞の方向のシリコン基板（典型的には基板は３
インチ（約７５ｍｍ）の直径の円形のウエーハの形をし
ている。）から出発する。（２）標準的な技術を使って
ｐ＋領域３８およびｎ＋　領域４２および４４にイオン
打込みする。（３）ゲート酸化物３４を成長させ、領域
４２および４４への接触のための孔をあける。（３）Ｌ
ＰＣＶＤ（低圧化学蒸着法）で多結晶電極３２を沈着さ
せパターンを切り、ＰＯＣｌ３　を付着してドープする
。 （４）多結晶シリコン３２の上に酸化物３６を成長させ
、片持ち梁のための場所にその中に孔をあける。 （５）ゲート４６を形成するための金属を付着させ、パ
ターンを切る。（６）クロロベンゼンに不溶なポジティ
ブフォトレジスト（例えばノブオラック樹脂を基礎とす
るレジスト）の層をスピン塗布する。フォトレジストの
層が約２μｍの厚みを持っていなければならないときは
、このスピン塗布は、厚いスピン塗布された層に生じる
表面の波を避けるために、このスピン塗布は３段階に分
けて行なわれる。すなわち、約０．７μｍのレジストを
スピン塗布し、ベークし、もう一度０．７μｍのレジス
トをスピン塗布し、ベークし、最後に最終の０．７μｍ
のレジストをスピン塗布し、ベークする。（７）熱的不
整合、およびその結果生じる金属とレジスト層の間の歪
を最小にするために、室温に近い温度で、４％の銅を含
むアルミニウム合金の層を０．１２μｍスパッタリング
によって付着させる。（８）ポジティブフォトレジスト
を塗布し、プラズマエッチのためのアクセス孔およびギ
ャップ（図８Ｃを見よ。）を定義するために、写真蝕刻
法によってそれにパターンを切る。（９）そのプラズマ
エッチのためのアクセス孔およびギャップを形成するた
めに、露出したアルミニウム合金をプラズマエッチする
。（例えば、塩素−三塩化ボロン−四塩化硅素エッチガ
スを使用することができる。）（１０）以降の工程中保
護層の役をするＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレイト）
の層をスピン塗布する。（１１）基板を複数個のチップ
に切る。（各チップが１個の空間光変調器となる。）（
図８Ｄを見よ。そこでは切屑が図式的に示されている。 ）（１２）クロロベンゼンを吹き付けてＰＭＭＡを溶解
させ、直後に、切屑を除去するために遠心分離にかける
。ボジティブレジストがＰＭＭＡに溶解しないことには
注意しなければならない。（１３）フラップの下からス
ペーサ（ポジティブフォトレジスト）を除去するために
、それらのチップをプラズマエッチし、その際フラップ
の下にウエルを形成する。このエッチングはまたフラッ
プの頂上のレジスト層を除去し、チップ工程を完了する
（図８Ｅおよび図８Ｆを見よ）。切断工程中にも保護層
のＰＭＭＡの掃除中にも、フラップが切屑に直接には曝
らされないことには注意しなければならない。 工程（１３）における適当なプラズマエッチは酸素に基
づいている。酸素は急速にＰＭＭＡおよびフォトレジス
トを急速にエッチするが、シリコンもアルミニウムもエ
ッチしない。スペーサは約１２０℃で軟化するから、こ
のプラズマエッチは低温度で行われなければならない。

【００２９】勿論、工程（１３）におけるプラズマエッ
チはモニタされるか、または時間制御されなければなら
ない。フラップと基板の間のスペーサを越えて連続して
スペーサを除去することは場合によっては反射層２６の
ための支持を除去し、隣接する絵素を侵すからである。 そして、これがフラップの中にプラズマエッチのための
アクセス孔を作る理由である。図８Ｅおよび図８Ｆに示
されているように、スペーサの除去は方向依存性ではな
くそれがフラップ２８を切り込むのと同じ速度で層２６
を切り込む。図８Ｅはエッチングの初期の段階を示す。 下の部分は、点線で示された切込みの水平方向の範囲を
含む平面図であり、上の部分はプラズマエッチのための
アクセス孔３０の効果を示す断面図である。図８Ｆはそ
のつぎの段階を示し、図３Ａおよび図３Ｂは完了したエ
ッチングを示す。孔３０は浅いウエルのために、すなわ
ち、ただ一つの穴しか示されていないけれども、図８Ｆ
から明らかなように、薄いスペーサ２４に最も効果的で
ある。いろいろなフラップ寸法とウエルの深さの組合せ
のために、フラップ当たり４個、９個またはそれ以上の
孔が有用である。

【００３０】スペーサ２４の一つの特長はその平面化効
果である。電極３２、絶縁層３６、および駆動ＦＥＴ５
６および５８は非平坦な表面を持っているが、梁の金属
の反射層２６は光学的活性領域において１平面上にあり
、固定パターン雑音を避ける。

【００３１】フラップ２８の下のウエルの底にある絶縁
層３６の穴（図４を見よ。）はウエル内の強い電場（典
型的には、フラップ２８を偏向させるために、２０−２
５ボルトが使用される。フラップがウエルの底から１μ
ｍ以内まで偏向するときは、電場は毎ｃｍ２５０，００
０Ｖに近づく。）による絶縁体の上の電荷の蓄積の問題
を避ける。絶縁層３６の中のこれらの穴は導電性の表面
のみが含まれていることを意味する。これらの穴はまた
過電圧に対する保護を与える。崩壊電圧を越えることは
フラップ２８の下地の電極３２への崩壊に導くことを憶
い起そう。（図５およびそれに関連する議論を見よ。）
電極が絶縁されていると、電極へのフラップの引力は非
常に大きく、フラップは電極に対して平らになり、そこ
に恒久的にくっつく。しかし、電極が電極とのフラップ
の接点で絶縁されていず、駆動ＦＥＴがオフになると、
電極は急速にアース電位に放電させられ、そのようにし
て引力はなくなる。駆動ＦＥＴが、フラップが電極に接
触できる前にオフになることを保証するために、ＦＥＴ
ゲートにそのフラップの機械的な応答時間よりも短い期
間パルスを受けさせることが必要である。機械的応答時
間がマイクロ秒のオーダであるときは、伝播遅延を低下
させるために金属または炭化シリコンのゲート材料を使
用し、安定して大きな相互コンダクタンスを持ったＦＥ
Ｔを使用することが必要である。

【００３２】ｐ＋　型層３８（図６Ａおよび図６Ｂを見
よ。）は電極３２によるシリコンの反転を妨げ、光で発
生させられる少数担体の寿命を制限する。これらの担体
はフラップの周囲の空隙とプラズマエッチのためのアク
セス孔を通して洩れる光によって作り出され、それらは
フラップ位置から駆動ＦＥＴに拡散することを妨げられ
る。

【００３３】バッファ増幅器５２および５４は変換器４
８および５０の（ディジタルまたはアナログな）出力を
典型的には２０ボルトの、フラップ２８を偏向するのに
必要な適当な電圧レベルに変換する。各バッファ増幅器
は多結晶シリコン電極３２を駆動し、Ｃｐ　で表わされ
たその基板２２および反射層２６に対するキャパシタン
スはＣｂ　で表わされたフラップ２８に対する可変のキ
ャパシタスと並列である。駆動ＦＥＴ５６または５８は
、変換器４８または５０が完全な線の奇数または偶数ド
ットのデータで負荷された後、バッファ増幅器出力を多
結晶シリコン電極３２にかける。スペーサ２４および反
射層（梁の金属）２６は光学的活性領域の全体をカバー
し、平坦化された光シールドを形成し、それが光で発生
させられた洩れ電流からアドレス回路を保護し、アドレ
ス構造物の周囲からの望ましくない光の回折を減少させ
る。 直接光の洩れのみがフラップの周囲およびプラズマエッ
チによるアクセス孔を定義する空隙を通過する。空隙の
下にあるｐ＋　型層３８が光で発生させられた少数担体
のアドレス回路への拡散による移動を制限する。ｐ＋　
型層３８の中の開口が図６Ｂに示されているように、各
駆動ＦＥＴ５６および５８の場所に定義されており、各
ＦＥＴの間のｐ＋　層はチャンネルストップの役をする
。ソース領域およびドレイン領域はｐ＋　開口の中に定
義されている。ソース４２は電極３２に接続され、ドレ
イン４４はバッファ増幅器５２または５４に接続される
。金属または多結晶炭化物ゲート４６または６０は駆動
ゲートを形成するようにパターンを切られている。伝播
遅延を低下するために低いシート抵抗を持った金属また
は多結晶炭化物が必要である。ソース容量はＣｐ　プラ
スＣｂ　の貢献に起因して大きいから、ゲート／ソース
フィードスルーを避けるために自己整合したゲート過程
を使用することは不必要である。また、大きな容量Ｃｐ
　プラスＣｂ　は駆動ＦＥＴ５６または５８における光
発生させられた洩れの与えられた量について、電極３２
の放電の率を低下させる。反射層２６のための（および
したがってフラップ２８のための）４％銅のアルミニウ
ム合金の使用はフラップの偏向の繰り返される機械的ス
トレスから生じる金属疲労を制限する。

【００３４】第２の好ましい実施例の線形空間光変調器
が図９Ａおよび図９Ｂに示されている。それらは、それ
ぞれ、光学的活性領域の断面図および平面図を示す。第
２の好ましい実施例の空間光変調器は光学的活性領域の
外側では第１の好ましい実施例の線形空間光変調器と同
じであり、光学的領域を増大させるために、附加の絵素
を積み重ねていることによって光学的活性領域で異なっ
ている。一つの積重ねの中のすべての絵素が共通の電極
３２によって駆動されることには注意しなければならな
い（第１の好ましい実施例の番号付けが引き続いて使用
されている）。したがって、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、
図２Ｂ、図４、図５および図８Ａから図８Ｆまでは明白
な変更をもってこの第２の実施例に当てはまり、図３Ａ
、図３Ｂおよび図６Ａ、図６Ｂは図９Ａ、図９Ｂによっ
て置き換えられ、図７Ａから図７Ｄまではつぎの議論に
当てはまることが見られるだろう。

【００３５】一般に、第１の好ましい実施の態様の出力
の放射照度は入力と光学的活性面積の積の放射照度に依
存する。光学的活性面積は（第２の好ましい実施例にお
けるように）増加させられることができ、その結果より
大きな光学的活性領域に亘って同じ放射照度を作り出す
ために、より大きな光源を使用することができ、このよ
り大きな面積の出力が最初と同じ場所（すなわち、図７
Ａから図７Ｄまで）に結像されることができる。それに
代るものとして、入力の放射照度はより大きな光源を最
初の光学的活性領域に結像することによって増加させら
れることができる。しかしながら、出力のコントラスト
を劣化させることなしにこのことを行う能力はフラップ
の偏向角によって制限される。この劣化を理解するため
に、入射光の円錐角（光源が光学的活性領域の上に結像
される角度に対応する。）がフラップの偏向角と比較さ
れなければならない。図１０Ａおよひ図１０Ｂを見よ。 図１０Ａおよび図１０Ｂにおいて、点ｘは半角Ａを持っ
た光の円錐で照明されているのが見られる。点ｘが不活
性領域内にあるときは、反射された円錐は実線で示され
ており、それもまた半角Ａを持っている。点ｘが偏向さ
れたフラップ上にあるときは反射された円錐は点線で示
され、それもまた半角Ａを持っている。これらの二つの
円錐の軸の分離はフラップの偏向角Ｂの２倍である。Ｂ
がＡよりも大きければ、図１０Ａにおけるように、二つ
の円錐は重なり合わない。それに反して、ＡがＢよりも
大きければ、図１０Ｂにおけるように、それらの円錐は
重なり合う。この重なり合った領域の中に放射される光
線は区別することができないから、その重なり合いの領
域の中のエネルギはコントラストの劣化を表わしている
。コントラストの劣化を避けるために、シュリーレンま
たは暗視野投射光学が実線の円錐の外にある点線の円錐
の部分のみを通過させるように設計されなければならな
い。しかしながら、このことは出力の放射照度を低下さ
せる。

【００３６】第２の好ましい実施例の線形空間光変調器
におけるサブ絵素の積重ねから放射される光エネルギの
変調された細片は高い特性比を持っており、それが、図
７Ａから図７Ｄにおけるように、回転ドラム上の正方形
の像に戻して変換されなければならない。このことは空
間光変調器に対して平行な方向におけるよりもそれに対
して垂直な方向に小さな倍率を有するアナモルフィック
な投射光学を使用することによって達成されることがで
きる。図１１を見よ。そこでは、サブ絵素が１２．５μ
ｍ（０．５ミル）の正方形のフラップを持ち、隣接する
サブ絵素から同じ距離で分離されている１０個のサブの
絵素の積重ねの出力は、回転ドラムの上に１センチメー
トル当り１２０個（１インチ当り３００個）のドットを
形成するために垂直方向に０．３３倍に縮小、平行な方
向に６．７倍に拡大される。

【００３７】第１の好ましい実施例も第２の好ましい実
施例も、いろいろの形のフラップ２８を持っていても、
同じ工程を使って製作された。図１２はいろいろの変形
を平面図で表わす。勿論、プラズマエッチによるアクセ
ス穴の数はフラップまたは飛込み板の寸法およびその下
のウエルの深さに依存する。フラップは主として蝶番点
で曲る。それに反して、飛込み板（図１２（ｃ））は全
梁に亘って曲がる。捩り蝶番（図１２（ｆ））は蝶番を
通る軸に沿って捩れる。トルクは（破線で示されている
）下にある電極の三角形部分を取り去ることによって発
生させられ、そのようにして捩り軸の一方の側のフラッ
プの半分だけが電極に引張られる。フラップは殆んど一
定の角度で曲るから、同じような大きさの飛込み板より
も高い回折効率を持っている。フラップの蝶番は隅にあ
るか、または一方の辺に沿っている。隅にあるフラップ
の蝶番はフラップの周囲を定義するプラズマエッチによ
るアクセス穴に対して４５°だけ回転させられた方向に
曲る。このジエオメトリでは、偏向されるフラップの高
コントラストの投射された像を作り出すために、４５°
のシュリーレンストップまたは４５°の暗視野弁別を使
用することができる。この弁別技術においては、フラッ
プ周囲の開口（プラズマエッチによるアクセスギャップ
）から軸上の回折光のすべてをブロックするが、４５°
フラップ偏向からの軸から離れた光を通す光学ストップ
が設計される。プラズマエッチのためのアクセス孔は殆
んど等方的に光を回折し、この光のいくらかはシュリー
レンストップの囲りを通る。しかしながら、その結果生
じる劣化は無視できる程小さい。各孔は、各絵素に当た
る全光のエネルギの小さな部分だけ、さらにそのエネル
ギの小さな割合だけがストップの傍を通過するからであ
る。同様に、捩れ蝶番が反対側の隔にあり（図１２（ｆ
）におけるように）、その結果捩れ軸はフラップの周囲
に対して４５°回転させられるか、蝶番は反対側にあり
、フラップ周囲に対して平行な捩れ軸を持っている。

【００３８】フラップの偏向感度は、図１２（ｄ）およ
び図１２（ｅ）に示されている変形のうちの二つに示さ
れているように、蝶番領域を延長することによって増加
させられる。さらに、最大偏向の先端に最も近い下にあ
る電極部分の除去もまたあらゆるジエオメトリのフラッ
プおよび飛込み板について偏向角を増大させるために使
用されるだろう。このことは崩壊電圧および最大安定偏
向が、取り除かれた電極部分に亘ってそれを含むフラッ
プまたは飛込み板の部分によって決定されるようにする
からである。

【００３９】図１３は、図９Ａ、図９Ｂ、および図１１
の配列の垂直方向の寸法を縮めるサブ絵素の可能なパッ
キングを表わす。図１３の絵素においては、サブ絵素が
それらのフラップの下の一つの大きなウエルを分け合っ
ており、そのようにして反射層のためのスペーサによる
いくらか小さい支持があることには注意しなければなら
ない。さらに、蝶番の方向は図１３ｂおよび図１３ｃの
配列の中の４５°弁別の可能な使用を含んでいる。しか
し、偏向させられた絵素からの反射された光のエネルギ
はシュリーレンストップの一つ以上の象限で現れるから
、シュリーレンのみであり、暗視野ではない。

【００４０】図１３のサブ絵素のパッキングはまた空間
光変調器に沿った絵素のパッキングとしても使用される
ことができるだろう。すなわち、図２Ａおよび図３Ｂの
オフセットの２重の行は図１３の単一のパックされた行
によって置き換えられることができるだろう。単一の行
の配列は、それらの一方を遅延させることによって偶数
および奇数番号のドットデータを異なったように取り扱
う必要性を避けさせるだろう。しかしながら、オフセッ
ト配列は絵素間のスペーサによって反射層のために支持
およびまた電極の絶縁を提供する隣接する絵素間の距離
に、隣接するフラップに及ぼされる電極の影響を小さく
することを可能にする。また、単一のパックされた行を
使うときは、反射層の下の支持スペーサの欠除の故に、
積み重ねられたサブ絵素の使用は制限される。最後に、
オフセット絵素は偶数と奇数の絵素像の重なり合いを可
能にし、この重なり合いは回転ドラム上の像の明るさの
最良の均一性を提供するように調節されることができる
。図１４を見よ。その上の部分は物理的な重なり合いを
表わし、その下の部分はその結果生じる像の明るさを表
わす。

【００４１】第３の好ましい実施例の線形空間光変調器
が図１５Ａから図１５Ｃまでに示されている。それらは
絵素を形成している積み重ねられたサブ絵素を持ってい
る。特に、図１５Ａおよび図１５Ｂは図９Ａおよひ図９
Ｂに類似する図であり、対応する部分は同じ引用番号を
持っている。それに反して図１５Ｃは絵素の線に垂直な
方向に見た断面図である。もっと詳しく言えば、第３の
好ましい実施例における基本的な梁構造は一つの隅で中
央ポストに蝶番結合された四つの梁のクロバーの葉であ
る。図１５Ｃを見よ。それは下に向って基板２２の上の
ｐ＋　層まで伸びる梁２８を結合するポスト２９ととも
に二つのクロバーの葉の断面図を示す。図１５Ｂの平面
図はポスト２９への梁２８の蝶番結合を示す。梁２８お
よびポスト２９は金属のただ一つの片であり、ポスト２
９はアースされたｐ＋　層３８への梁２８の電気的接続
を提供する。酸化物層３４はアースされた層３８から電
極３２を絶縁し、したがって、電極３２が電気的に駆動
されるときは、このような電極の上の梁２８は、他の実
施例で前に記載されたように、それに向って偏向する。 また、前に記載したように、バッファ増幅器５２の出力
で電極３２を駆動するためにソース４２およびドレイン
４４を持った駆動ＦＥＴをオンする。各絵素は一つの電
極３２プラスその電極の上にある梁２８を含んでいる。 したがって各クロバーの葉は二つの隣接する絵素によっ
て共有され、絵素は図１３に示されている列と同様に、
オフセットなしにパックされる。この絵素のパッキング
は、第３の好ましい実施例の照明される領域が完全に偏
向することができる梁２８であることを意味している。 このことはプリンタの中での逆暗視野光学系の使用を可
能にする。コントラストを劣化させるように作用する不
活性領域からの雑音となる照明がないからである。

【００４２】第３の好ましい実施例の線形空間光変調器
の製造は前に記載された第１の好ましい実施例のそれに
似ている。主要な変更は、梁を付着させる前に、下に向
って層３８に至る穴を形成するようにパターンを切られ
ることである。梁の金属の付着中、ポスト２９はこれら
の穴の中に形成される。前に記載された製造からの他の
一つの変更はスペーサの中にウエルを形成するためのプ
ラズマエッチである。第３の好ましい実施例においては
支持のためにスペーサは使用されないから、スペーサは
完全に除去される。スペーサのこの完全な除去はプラズ
マエッチがモニタされる必要がなく、プラズマエッチの
ためのアクセス孔が不要であることを意味する。

【００４３】第３の好ましい実施例の直接的な変更はた
だ一つの線のクロバーの葉のみを使用すること（すなわ
ちサブ絵素を積み重ねないこと）、同じ絵素の中の一つ
のポストで四つの梁をすべて使用すること、および一つ
のポストで一つまたは二つの梁のみを形成すること（す
なわち、そのポストでの非対称の配列）を含んでいる。 同じ絵素内の四つの梁をすべて使用することは寸法上の
不都合を持っている。センチメートル当たり１２０ドッ
ト（インチ当たり３００ドット）のプリンタについて、
その空間光変調器は一つの線の中に２４００の絵素を含
んでいる。各絵素が２５μｍ平方であれば（すなわち各
梁が約１２μｍ平方の四つの梁であれば）その空間光変
調器のチップは長さ６ｃｍ（２．４″）の活性領域を必
要とするだろう。ポストが典型的に１または２μｍの最
小直径を持つ問題に達する程に梁を小さくすれば、すな
わち１２μｍよりも遙に小さい梁については、そのポス
トは余りに大きな面積を占める。

【００４４】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１）　　線形空間光変調器であって、（イ）　　層状
構造の中に形成され、実質上一直線上に並べられている
複数個の絵素、（ロ）　　上記層状構造に含まれている
基板、該基板上のスペーサ層、該スペーサ層の上の導電
性の反射層、および電気的アドレス回路、（ハ）　　上
記絵素の各々に含まれている、■　　上記反射層の中に
形成されている静電的に偏向することができる部材、お
よび■　　上記基板と上記反射層の間の上記スペーサの
プラズマエッチングによる形成によって特徴づけられる
、上記スペーサ層の中に形成され、上記偏向することが
できる部材プラス上記反射層の隣接する部分の下に位置
させられているウエル、および（ニ）　　上記アドレス
回路に含まれている上記基板と上記スペーサ層の間の、
上記基板から、および互いに絶縁されており、上記線に
実質上垂直に並べられ、各々が上記ウエルの一つの底か
ら、上記線から離れ、上記スペーサ層の下に位置してい
る複数個のパストランジスタの一つまで伸びている複数
個の電極を含むことを特徴とする線形空間光変調器。

【００４５】（２）　　上記回路がさらに、上記パスト
ランジスタへの出力を有する、上記基板の上のシフトレ
ジスタを含むことを特徴とする、第１項記載の線形空間
光変調器。

【００４６】（３）　　線形空間光変調器であって、（
イ）　　基板の上に実質上一直線上に並べられている複
数個の絵素、（ロ）　　該絵素の各々に含まれている、
導電性のポストによって上記基板から離れて支持されて
いる、静電的に偏向することができる部材、（ハ）　　
上記線に実質上垂直に並べられ、各々が上記偏向するこ
とができる部材の一つの下から、上記ラインから離れて
設けられたパストランジスタまで伸びている複数個の電
極、および上記電極から絶縁され、上記ポストを電気的
に接続する、上記基板の上の複数個の導体を含むことを
特徴とする線形空間光変調器。

【００４７】（４）　　さらに、上記パストランジスタ
への出力を有する、上記基板の上のシフトレジスタを含
むことを特徴とする、第３項記載の線形空間光変調器。

【００４８】（５）　　線形空間光変調器であって、（
イ）　　基板上に実質上一直線上に並べられている複数
個の絵素および（ロ）　　該絵素の各々に含まれる、上
記基板から離れて保持され、二つのオフセット行のパタ
ーンを形成する、静電的に偏向することができる部材を
含むことを特徴とする線形空間光変調器。

【００４９】（６）　　上記絵素の各々が上記偏光する
ことができる部材を二つまたはそれ以上含み、一つの絵
素の上記複数の偏光することができる部材は上記線に実
質上垂直に並べられていることを特徴とする、第５項記
載の線形空間光変調器。

【００５０】（７）　　上記二つの行の上記オフセット
が上記偏向することができる部材の突起を上記線上に重
ねるのに十分であることを特徴とする、第５項記載の線
形空間光変調器。

【００５１】（８）　　非衝撃プリンタであって、（イ
）　　光源、（ロ）　　該光源からの光に線形空間光変
調器の直線的な光学的活性領域の上に焦点を結ばせるた
めの第１の光学システム、（ハ）　　上記線形空間光変
調器に含まれている、上記光学的活性領域を形成するた
めに、基板上に実質上一直線上に並べられ、各々が電気
的に偏向することができる部材を含んでいる複数個の絵
素、（ニ）　　電気的信号を偏向することができる部材
の偏向に変換するための、上記基材上のアドレス回路、
および（ホ）　　上記直線的な光学的活性領域の像が上
記ドラムの軸に平行な直線的な領域であることによって
特徴づけられる、上記偏向することができる部材のうち
の偏向された一つから反射された光にゼログラフィのド
ラムの上に焦点を結ばせるための第２の光学システムを
含むことを特徴とする非衝撃プリンタ。

【００５２】（９）　　第８項において、（イ）　　上
記偏向することができる部材がすべて同じ方向に偏向し
、（ロ）　　上記第２の光学システムが暗視野の投射シ
ステムを含んでいることを特徴とする非衝撃プリンタ。

【００５３】（１０）　　第８項において、（イ）　　
上記偏向することができる素が二つのオフセット列を形
成し、（ロ）　　上記アドレス回路が、上記線に実質上
垂直に並べられ、二つの群に形成された複数個の電極を
含み、上記群の第１のものからの電極は上記偏向するこ
とができる部材の一つの下から上記行のうちの第１のも
のの中に第１の方向に伸び、上記群の第２のものからの
電極は上記偏向することができる部材の一つの下から上
記行のうちの第２のものの中に第１の方向とは反対の方
向に伸びることを特徴とする非衝撃プリンタ。

【００５４】（１１）　　上記絵素の各々が上記線に垂
直な方向に並べられた少なくとも二つの偏向することが
できる部材を含んでいることを特徴とする、第８項記載
の非衝撃プリンタ。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＡおよびＢは好ましい実施例の線形の空間光変
調器を内蔵する好ましい実施例の非衝撃プリンタの図式
的な断面図。

【図２】ＡおよびＢは第１の好ましい実施例の線形の空
間光変調器の図式的な平面図および等価回路図。

【図３】ＡおよびＢは図２Ａおよび図２Ｂの実施例の光
学的活性領域の図式的な断面図および平面図。

【図４】図２Ａおよび図２Ｂの実施例の梁の静電的な偏
向を示す図。

【図５】電圧の関数としての偏向を示す図。

【図６】ＡおよびＢは図２Ａおよび図２Ｂの実施例のア
ドレス回路を示す図。

【図７】ＡからＤまでは第１の好ましい実施例のプリン
タのゼログラフィドラム上の順次現れる像および回転ド
ラムに沿っての輝度を示す図。

【図８】ＡからＦまでは図２Ａおよび図２Ｂの実施例を
製造する際の工程を示す図。

【図９】ＡおよびＢは第２の好ましい実施例の線形の空
間光変調器の光学的活性領域およびアドレスの断面図お
よび平面図。

【図１０】ＡおよびＢは輝度の偏向角依存性を示す図。

【図１１】第２の好ましい実施例の線形の空間光変調器
のためのゼログラフィドラム上の像を示す図。

【図１２】好ましい実施例の線形の空間光変調器のため
の以上示されたものに代る梁のジエオメトリを示す図。

【図１３】いろいろな変形の梁の列を示す図。

【図１４】絵素の重なり合いの効果を示す図。

【図１５】ＡからＣまでは第３の実施例の線形の空間光
変調器のための断面図および平面図。

【符号の説明】

２０　　絵素 ２２　　基板 ２４　　スペーサ ２６　　反射層 ２８　　フラップ ３０　　アクセス穴 ３２　　電極 ３４　　酸化物層 ３６　　絶縁層 ３８　　ｐ＋　型層 ４０　　蝶番 ４２　　ｎ＋　型ソース ４４　　ｎ＋　型ドレイン ４６　　ゲート ４８，５０　　直列／並列変換器 ５２，５４　　バッファ増幅器 ５６，５８　　駆動ＦＥＴ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　非衝撃プリンタであって、（イ）　　
   光源を含み、 （ロ）　　上記光源からの光を線形空間光変調器の直線
   的な光学的活性領域の上に焦点を結ばせるための第１の
   光学システムを含み、かつ （ハ）　　上記線形空間変調器は、層状構造中に実質上
   直線状に並べられた複数の画素を有し、上記層状構造は
   、基板と、この基板上の硬い絶縁スペーサ層と、このス
   ペーサ層上の導電反射層とを有し、更に上記画素の各々
   は、上記反射層に形成された静電的に偏向可能な部材と
   、上記スペーサの中に形成されたウエルを持ち、このウ
   エルは、上記偏向可能な部材の下に位置すると共に上記
   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
   ングによって形成したことを特徴とし、かつ（ニ）　　
   電気的信号を、偏向可能な部材の偏向に変換するための
   、上記基板上のアドレス回路を含み、かつ（ホ）　　上
   記偏向可能な部材のうちの偏向された一つから反射され
   た光をゼログラフィのドラムの上に焦点を結ばせるため
   の第２の光学システムを含み、この第２の光学システム
   は上記直線的な光学的活性領域の像が上記ドラムの軸に
   平行な直線的な領域であることによって特徴づけられて
   いる、ことを特徴とする非衝撃プリンタ。