JPH07294832A - ディジタル・マイクロミラー装置をリセットする方法 - Google Patents

ディジタル・マイクロミラー装置をリセットする方法

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JPH07294832A
JPH07294832A JP7045856A JP4585695A JPH07294832A JP H07294832 A JPH07294832 A JP H07294832A JP 7045856 A JP7045856 A JP 7045856A JP 4585695 A JP4585695 A JP 4585695A JP H07294832 A JPH07294832 A JP H07294832A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディジタル・マイクロミラー装置の新規な制
御方法。 【構成】 機械的な応力を減少し、装置の寿命を一層長
くし、自発的なビット・リセットの発生を少なくし、パ
ルス幅変調の精度を高める様にディジタル・マイクロミ
ラー装置４０を制御する方法。装置の応力を減らす為、
鏡５０に印加されるバイアス電圧１４２は、鏡５０が係
止（ラッチ）された後下げることができる。時期尚早の
鏡の変化を防止する為、鏡が所望の位置に駆動された
後、アドレス電極バイアス電圧１４０を下げることがで
きる。リセットの際、鏡５０が中立位置に復帰する様に
保証する為、リセット期間１５２の間、鏡バイアス電圧
１４２は接地電位から２つのアドレス電圧の大体中間ま
で高めることができる。丁番の記憶作用を減らすと共
に、鏡５０が正しいアドレス電極に向って回転する様に
保証する為、鏡バイアス電圧１４２を徐々に増加して、
鏡５０が正しいアドレス電極に向って回転する様にさせ
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はディジタル・マイクロ
ミラー装置（ＤＭＤ）の分野、更に具体的に云えばＤＭ
Ｄを制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び課題】ディジタル・マイクロミラー装
置（ＤＭＤ）が出願人に譲渡された発明の名称「空間光
変調器及び方法」と云う米国特許第５，０６１，０４９
号に記載されている。ＤＭＤは、空隙の上に懸架された
非常に小さな撓み可能な（delfectable）構造、典形的
には鏡で構成される。ＤＭＤには、何れも鏡を支持する
手段にちなんで名付けられた幾つかの形式があり、この
中には片持ちばり（cantilever beam ）、クローバの葉
形及び、捩ればり（torsion beam）がある。捩ればり形
ＤＭＤの鏡は、鏡の向い合った隅に取付けられた２つの
捩れ丁番によって支持されている。鏡と、鏡の下に配置
された２つのアドレス電極の間の差電圧により、着地電
極によって停止させられるまで、鏡が丁番の軸線の周り
に撓み又は回転する。鏡が撓む時、鏡の面に投射された
光が撓んだ鏡によって変調される。
【０００３】鏡の位置を変えたい時、一連のリセット電
圧パルスを鏡に印加して、鏡を着地電極から自由にす
る。鏡は、アドレス電極及び鏡に印加された電圧バイア
スに応じて、再び撓む。ＤＭＤの鏡を撓ませ且つリセッ
トさせる為に発生された静電力が、ＤＭＤの丁番及び支
持構造に応力を加え、支持構造の崩壊につながったり、
丁番の時期尚早の疲労による故障を招くことがある。膠
着した鏡を解放することができるが、ＤＭＤの丁番に過
大な応力を加えたり、可視的な人為効果を招かない様な
リセット方法に対する要望が存在する。
【０００４】
【課題を解決する為の手段及び作用】ＳＬＭに対する機
械的な応力を減らすと共に、従来のバイアス順序（シー
ケンス）に伴う鏡の位置誤差をも減らすことのできる空
間光変調器（ＳＬＭ）バイアス順序を説明する。こゝで
説明するこの発明の一実施例は、鏡が設定された後に鏡
に加えられるバイアス電圧を下げることにより、ＤＭＤ
の丁番に対する応力を減らす様な、ＤＭＤ鏡をリセット
する方法である。別の実施例は、鏡が所望の位置まで撓
ませられた後、鏡をアドレスするのに使われる電圧を減
少することにより、鏡の位置の時期尚早の変化を防止す
る。リセットの際に鏡が中立位置に戻る様に保証する
為、この発明の別の実施例では、リセット期間の間、鏡
のバイアス電圧を第１の電位から２つのアドレス電圧の
間の電圧レベルまで高める。丁番の記憶効果を減らすと
共に、鏡が正しい方向へ撓む確率を増加する為、別の実
施例では、鏡はアドレス電極に向って倒れる前に、鏡の
バイアス電圧を徐々に増加する。
【０００５】
【実施例】出願人に譲渡された発明の名称「空間光変調
器及び方法」と云う米国特許第５，０６１，０４９号に
記載されている様に、ディジタル・マイクロミラー装置
（ＤＭＤ）は空隙の上に懸架された非常に小さい鏡で構
成される。片持ちばり形、クローバの葉形及び捩ればり
形を含めて、ＤＭＤは幾つかの形式がある。こゝで説明
する方法は、他の形式のＤＭＤにも適用し得るが、以下
の説明では、捩ればり形ＤＭＤだけを説明する。簡単に
した捩ればり形ＤＭＤ素子２０が図１ａに示されてい
る。各々の捩ればり形ＤＭＤ素子２０は鏡２６を持ち、
これが、鏡２６の向い合った隅に取付けられた２つの捩
れ丁番２２，２４によって支持されている。ＤＭＤは典
形的にはシリコン基板３４の上に作られ、典形的には二
酸化シリコンで作られた絶縁層３２が基板の上にある。
２つのアドレス電極２８，３０が、丁番軸線の両側に１
つずつ、絶縁層３２の上に作られている。典形的には、
平面化スペーサ層３６が絶縁層３２の上に回転付着さ
れ、丁番金属層３８及び鏡金属層３９がスペーサ３６の
上にデポジットされる。鏡金属層３９及び丁番金属層３
８を正しい形にエッチングした後、スペーサ３６を鏡２
６及び丁番２２，２４の下から取除く。図１ｂは図１ａ
を線Ｂ−Ｂで切った断面図である。
【０００６】素子２０は、鏡２６又はアドレス電極２
８，３０の何れか又は典形的には鏡及びアドレス電極の
両方に電圧を印加することによって作動される。鏡及び
アドレス電極が空隙キャパシタの２つの極板を形成し、
印加電圧によって２枚の極板に誘起された反対の電荷
が、アドレス電極に対して鏡を撓ませる静電力を加え
る。図１ｃは撓んだ位置にある図１ｂのＤＭＤを示す。
鏡を撓ませるのに必要な電圧は、装置の構造とそれを構
成するのに使われた材料に関係する。長さ、幅及び厚さ
の様な丁番の物理的なパラメータ、並びに丁番の材料
が、丁番のコンプライアンスを制御し、このコンプライ
アンスが、鏡を撓ませるのにどれ位の力が必要になるか
を決定する。
【０００７】図２は図１ａのＤＭＤ素子２０の略図であ
る。図３は、図２のアドレス電極３０に電圧φａを印加
することによって発生されるトルクの近似である。図３
で、τａは、アドレス電極３０と鏡２６の間の静電引力
によって発生されるトルクを示し、τｒは捩れ丁番の復
元トルクを表わし、αは鏡の先端の正規化された変位を
表わす。正規化された変位αは、図２に示した先端の変
位Ｚｔを空隙Ｚで除すことによって得られる。復元トル
クは、０乃至１のαの値に対し、近似的に直線的である
が、引力は変位の関数として増加することに注意された
い。図３に示す様に、小さなアドレス電圧φａ＝Ｖ１に
より、中立、即ちα＝０である鏡が点Ｐまで回転する。
点Ｐでは、捩れ丁番の復元トルクがアドレス電極の変位
トルクと等しく、平衡に達する。鏡をＰ及びＱの間で変
位させると、復元トルクが鏡を点Ｐに戻す。鏡がＱを越
えて変位すると、引力のトルクが復元トルクより大き
く、鏡はα＝１となって、そこで鏡がアドレス電極によ
って停止させられるまで、鏡が回転する。
【０００８】φａ＝Ｖ２では、点Ｐ及びＱが、曲線τａ
及びτｒが接する１点Ｒに合体する。点Ｒのα＝αｃは
準安定平衡状態を表わす。αの振れがαｃより小さい
時、正味のトルクがαをαｃに戻すが、αがαｃより大
きい振れの場合、正味のトルクは鏡の先端が着地電極に
くっつくことになる。この為、Ｖ２が崩壊電圧であり、
Ｖｃと記される。Ｖ３の様な、崩壊電圧に等しいか又は
それより大きいアドレス電圧では、正味のトルクがゼロ
である点はなく、鏡は、それがアドレス電極３０にあた
っている時だけ安定である。アドレス電極３０の代わり
に、アドレス電圧がアドレス電極２８に印加された場
合、鏡は反対向きに回転する。この為、Ｖｃより低いア
ドレス電圧では、装置はアドレス電圧に関係するアナロ
グの撓みを持つ。Ｖｃより高い電圧では、装置はディジ
タルであって、どのアドレス電極がアドレス電圧によっ
てバイアスされたかに応じて、何れかの向きに一杯に撓
む。これによって２つの安定状態しかないことになるか
ら、装置は双安定と呼ばれる。
【０００９】鏡がアドレス電極に接触する時、鏡とアド
レス電極の間の差電圧により、大きな電流スパイクが生
ずる。この電流スパイクは鏡をアドレス電極に溶着させ
ることがあると共に、鏡の丁番を溶融させることがあ
り、装置を破壊する。電流スパイクを避ける為、図４に
示す様な着地電極４６，４８が作られていて、装置の非
破壊的な双安定動作ができる様にしている。着地電極４
６，４８は鏡５０と同じ電位に保たれる。
【００１０】図５は、着地電極及び鏡の両方を接地し、
各々のアドレス電極に同じ電圧を印加した時素子４０に
よって発生されるトルクを示す。図５で、アドレス電極
４２からのトルクτ＋は、図３の様に、無限大まで増加
しない。これは、着地電極４６が鏡５０の回転を停止し
て、それがアドレス電極４２に接近するのを制限するか
らである。アドレス電極４４からのトルクτ−は、アド
レス電極４２からのトルクに対して対称的である。アド
レス電極４２，４４から鏡５０に加わる正味のトルクが
τａで示されている。図６乃至９は、アドレス電圧の値
を増加した時の鏡５０に対する正味のトルクτａ及び復
元トルクτｒを示す。
【００１１】図１０は、種々のバイアス電圧に対する鏡
の正味のポテンシャル・エネルギを示す。ＶＢ＝０で
は、鏡の位置がどこであっても、復元トルクがアドレス
・トルクより大きい。この結果、鏡の撓みゼロの所に１
つの安定な鏡位置が生ずる。ＶＢ＝Ｖ２の場合、３つの
安定な鏡位置α＝−１，０，＋１がある。バイアス電圧
がＶ０に等しいか又はそれより大きい時、装置はα＝±
１でだけ安定である。α＝０の時、鏡には撓みの力が加
わらないが、鏡が少しでも撓むと、鏡は一杯に撓むこと
になるので、撓んでいない鏡は安定な点とは見做さな
い。この為、Ｖ０に等しいか又はそれより大きいバイア
ス電圧では、アドレス電極に印加される差電圧がなくて
も、鏡はバイアスが印加された時の変位だけに関係し
て、一方の着地電極に駆動される。
【００１２】鏡を撓ませる静電力は鏡とアドレス電極の
間の相対的な電位差によって生ずるから、アドレス電極
を接地すると共に、鏡をバイアスすることにより、両方
のアドレス電極が同じ電位でバイアスされ、鏡を接地し
た上述の場合と同じ効果がある。更に、電圧の極性では
なく、差電圧が、発生される静電力を決定する。例え
ば、鏡バイアス電圧を−２０ボルトにし、アドレス電極
バイアスを＋６ボルトにすると、鏡バイアスが＋２６ボ
ルトでアドレス電極バイアスが０ボルトである場合と同
じ静電力が発生される。以下の説明では、バイアス電圧
を増加することは、アドレス電極と鏡の間の電圧の差を
増加することを指す。例えば、アドレス電極が＋６．５
ボルトの電位を持つ場合、電圧を−１２ボルトから−２
０ボルトに変えれば、鏡のバイアスが増加する。
【００１３】鏡又はアドレス電極の何れかをバイアスす
ることによって、鏡を撓ませることができることによ
り、アドレス電極に小さい電圧信号を印加することによ
って、鏡を少しだけ撓ませ、その後鏡に一層高い電圧を
印加することによって、着地電極まで駆動することがで
きる。典形的には、０から＋７ボルトまでの論理レベル
信号がアドレス電極に印加され、０から−２５ボルトま
での負の電圧が鏡に印加される。一旦鏡がバイアスされ
て着地電極まで駆動されると、アドレス用の差電圧を取
除くことができ、或いは逆転しても、鏡の位置には影響
しない。この現象が鏡の電気機械的な係止作用と呼ばれ
る。
【００１４】図１１は、従来、捩ればり形ＤＭＤに印加
される典形的な鏡バイアス及びリセット電圧をまとめた
ものである。図１１で、アドレス電圧６０，６２は、メ
モリ・セルの差出力であると仮定され、０と＋６ボルト
の間で変化する。鏡バイアス電圧６４は０と−２０ボル
トの間で変化する。鏡バイアス電圧は−２５ボルトと云
うふうに低くなることがあるが、大抵の装置は−５ボル
ト及び−１２ボルトの間の鏡バイアス電圧で動作する。
選ばれる電圧の極性及び大きさを変えてもよい。前に述
べた様に、鏡を撓ませるのに必要な電圧の大きさは、Ｄ
ＭＤ素子の物理的な性質に関係する。アドレス電圧の極
性を反転して、鏡を反対向きに撓ませることができる。
鏡バイアス電圧の極性も逆転することができる。鏡バイ
アス電圧の大きさは、鏡が常に着地電極に駆動されるこ
とを保証する様に選ばれる。
【００１５】図１１の期間６８の間、論理“１”がメモ
リ・セルに保持されていて、＋６ボルトを一方のアドレ
ス電極に印加する。この＋６ボルトのバイアスにより、
鏡が電極に向って僅かだけ回転する。期間７０の初め
に、−１２ボルトのバイアス信号が鏡に印加され、鏡を
着地電極まで撓ませ、こうして期間６８の撓みの極性を
係止（ラッチ）する。鏡がバイアスされた後、新しいデ
ータをメモリ・セルに書込んで、例えば期間７２に示す
様に、アドレス信号の極性を変えることができる。ＤＭ
Ｄの係止効果により、新しいデータは鏡の双安定位置に
影響しない。鏡バイアス電圧を取去ると、鏡はアドレス
電極バイアスの現在の極性を表わす様に移動することが
できる。 鏡の先端が着地電極に膠着し、それ自身では
リセットされない場合がよくある。そう云うことが起こ
った時、鏡を着地電極から剥がす為にリセット順序が必
要である。リセット順序は典形的には一連のリセット・
パルスである。図１１の期間７４に５個のリセット・パ
ルスが示されている。リセット・パルスの目的は、ばね
作用で鏡を着地電極から引離して、着地電極に膠着した
鏡があっても、それを解放する様に、鏡に機械的なエネ
ルギを蓄積することである。リセット・パルスが鏡と両
方のアドレス電極の間の静電引力を増加し、典形的に
は、鏡の極板モード共振周波数、大体５ MHz に等しく
なる様に選ばれる。これは、鏡の応答時間よりも早い。
丁番の共振周波数はずっと低い周波数であるから、共振
によって丁番が損傷を受けることがない。
【００１６】各々の負の電圧リセット・パルスにより、
鏡自体が上に凹に曲がる。各々のパルスがターンオフに
なると、鏡が下に凹の位置に振動し、先端反作用力を加
え、それが先端を着地電極から引離す傾向を持つ。鏡の
先端が着地電極から離れる前に、もう１つのリセット・
パルスが印加され、鏡は再びアドレス電極に引付けられ
る。この後の各々のパルスが振動の振幅及び先端反作用
力を増加する。２個乃至５個のパルスの後、鏡の振動が
最大に達し、それ以上のリセット・パルスを用いるのは
有利ではない。パルス列が終わった時、鏡に蓄積された
機械的エネルギは、丁番トルクがばね作用で鏡を着地電
極から引離すのを助ける。
【００１７】リセット・パルス列の後、鏡をバイアスせ
ず、それが期間７２の初めにメモリ・セルに書込まれた
データに従って回転することができる様にする。期間７
８に示す様に、バイアスを再び印加すると、鏡が着地電
極まで駆動され、期間７６からの鏡の撓みの極性が係止
（ラッチ）される。
【００１８】バイアス電圧を連続的に印加することによ
り、装置の構造に応力が加わり、その結果、丁番の永久
的な曲げが生じ、最悪の場合、丁番の破損を起こすこと
がある。この発明の一実施例は、一旦鏡が着地電極まで
駆動されたら、鏡バイアス電圧を減少する。図１０に戻
って説明すると、一旦鏡が一杯に撓むと、例えばボルト
２という減少したバイアス電圧が鏡を着地電極にあてて
保持することが認めらよう。
【００１９】図１２は、この本発明の一実施例による鏡
バイアス及びリセット波形を示す。データが期間８２の
間にメモリ・セルに書込まれ、鏡を僅かだけ撓ませる。
期間８４の間、崩壊電圧より大きい鏡バイアス信号が印
加されて、鏡を着地電極まで駆動する。期間８４の後、
鏡は着地電極にあたって落着いており、鏡バイアス電圧
を減少することができる。図１２は、鏡保持期間８６の
間、鏡バイアス８０が−５ボルトに減少していることを
示している。−５ボルトの鏡保持電圧は単に典形的な電
圧レベルであって、この他の電圧レベルを用いても同じ
効果がある。鏡を着地電極にあてて保持する様な電圧の
範囲は、鏡素子の設計によって決められる。一旦鏡が着
地電極まで駆動されたら、新しいデータをメモリ・セル
に書込んでも、鏡の位置には影響しない。新しいデータ
を書込んだ後、鏡をリセットし、期間８８，９０，９２
及び９４で示す様に、メモリ・セルにある新しいデータ
によって決定される着地電極まで駆動することができ
る。
【００２０】鏡保持期間の間、鏡バイアス電圧を減少す
ることによって、装置に加わる機械的な応力が減少する
が、係止された鏡を中立位置に戻すのに必要なエネルギ
閾値も下がる。アドレス電圧が、鏡を押さえるのに使わ
れた合計の電圧の差の一層大きな割合になっているか
ら、新しいデータがメモリ・セルに書込まれたことに応
答して、保持期間の間、或る鏡が一方の着地電極から他
方へと弾ける傾向が悪化する。
【００２１】この発明の第２の実施例では、鏡が新しい
位置へ駆動される期間の間を除いて、アドレス電極に印
加される電圧を減少する。アドレス電圧を下げると、合
計の電圧の差に対するアドレス電圧の寄与が減少し、従
って、鏡保持期間の間、鏡が状態を変える傾向も減少す
る。図１３に示す波形は、減少したアドレス電圧の一例
である。図１３に示す様に、アドレス電圧は、鏡が着地
電極まで駆動されている時の高い値、典形的な６乃至７
ボルトから、鏡が着地電極にあてて保持されている時の
一層低い値、典形的には３乃至４ボルトまで下げられ
る。アドレス電圧を下げる１つの方法は、データを保持
するメモリ・セルのバイアス電圧を変えることである。
１９９４年２月８日に付与された、「空間光変調器用の
メモリ回路」と云う発明の名称の米国特許第５，２８
５，４０７号には、この発明のこう云う実施例を実施す
ることができる様にするメモリ回路が記載されている。
米国特許第５，２８５，４０７号では、マルチプレクサ
が、それを用いてメモリ・セルをバイアスする２つ又は
更に多くの電圧の内の１つを選択する。この発明では、
メモリ・バイアス・マルチプレクサを使って、鏡を撓ま
せるのに必要な時だけ、一層高いメモリ・セル・バイア
ス電圧を選ぶ。メモリ・セル・バイアス電圧は、鏡駆動
バイアス信号の印加と同時に、又は更に好ましくはその
前に、高くすることができる。図１３は、鏡バイアス信
号が低下した後まで、メモリ・セル・バイアス電圧を高
く保つことを示しているが、鏡が係止されるや否や、メ
モリ・セル・バイアス電圧を下げることができる。アド
レス電圧を下げたことによる最大の利点を達成する為、
メモリ・セル・バイアス電圧は、新しいデータをメモリ
・セルに書込む前に下げるべきである。
【００２２】鏡を準中立から双安定にするのに必要な差
電圧の内のかなりの割合がアドレス電圧になる様な形
で、コンプライアンスの高い丁番を持つ鏡をバイアスす
る時、別の誤りが起こる。アドレス電圧は、鏡が撓んで
隔たりの距離が小さい時は十分に強くて、バイアスが存
在しなくても、リセット順序に対向して鏡を所定位置に
保持することがある。そう云うことが起こると、同じ極
性を持つ逐次的な撓みの合間の期間の間、鏡は中立に戻
らず、撓んだ鏡によって反射される光の量は所期よりも
若干大きくなる。この結果、パルス幅変調されたグレー
スケールに差別的な非直線性が生じる。
【００２３】この差別的な非直線性の問題を片付ける１
つの方法は、リセット及び鏡駆動期間の間、アドレス電
圧を下げることである。これによって非直線性の問題は
小さくなるが、これによってアドレスの余裕も小さくな
り、その結果鏡の位置ぎめが不正確になることがある。
これよりよい解決策は、リセット及び鏡落着き期間の
間、鏡を２つのアドレス電極電圧の大体中間の所にバイ
アスすることである。図１４は、リセット期間１０２並
びにその後の鏡落着き期間１０４の間、鏡バイアス電圧
を大体２ボルトに上昇させたことを示すこの発明の第３
の実施例の波形を示す。
【００２４】図１５は、これまで説明したこの発明の３
つの実施例全部を取入れると共に、これから説明する第
４の実施例をも取入れた鏡バイアス／リセット電圧１４
２及びアドレス電極バイアス電圧１４０の一例を示す。
図１５に示す波形の下に図式的に示す２行の図があり、
これは波形の各々の期間の間のアドレス電極に対する鏡
の位置を示す。期間１５０では、鏡は減少した鏡保持電
圧によって着地電極にあてて保持されている。期間１５
２では、鏡はリセット中であり、最終的には着地電極か
ら跳上がる。期間１５４の間、鏡が中立に近い状態に落
着く。期間１５６の間、アドレス電圧を高くして、鏡を
アドレス・データに応じて撓ませる。上側の行の鏡の位
置を示す１４４は、アドレス・データが変化しない時の
鏡を示す。下側の行１４６では、アドレス・データが変
化して、鏡を時計回りに回転させる。
【００２５】期間１５８の間、鏡バイアスを崩壊電圧を
通り越す様に徐々に増加し、鏡を双安定にすると共に、
一方の着地電極に対して駆動する。図１５は、期間１５
８の間、鏡バイアス電圧が傾斜形になることを示してい
るが、この傾斜形の代案も存在することを承知された
い。例えば、傾斜形の代わりに、一連の階段形の増加又
は指数回数形の波形を用いてもよく、或いは三者の組合
せを使ってもよい。
【００２６】鏡バイアス電圧が十分な時、鏡の位置に関
係するが、アドレス電極バイアス電圧とは無関係に、鏡
がアドレス電極に崩壊し得ると云うことを図９の説明か
ら思出されたい。鏡バイアスに１個の階段形の変化以外
の波形を使うことにより、鏡が崩壊電圧を越え、鏡が強
制的に一番近い電極に押付けられる前に、鏡をその後の
アドレス電極に向って回転させることができる。理想と
しては、鏡が期間１５４及び１５６の間に、所望のアド
レス電極に向って既に回転し終わっているのがよい。然
し、鏡が一方の電極に対しては、他方の電極よりも一層
近くなる様に回転していれば、丁番はヒステリシス又は
記憶作用を生じているかもしれないし、鏡は何等バイア
ス信号が存在しなくても、一方の電極に向っての永久的
なオフセットを持つ。丁番の記憶作用が起こる時、期間
１５４及び１５６の間に発生された小さな静電力では、
中立位置を通り越す様に鏡を回転させるのに十分でない
ことがある。鏡が回転して中立位置を通り越す前に、鏡
バイアスが鏡の崩壊電圧を通り越す様に階段状に変化さ
せれば、鏡は間違った電極に向って崩壊し、表示が不正
確になる。
【００２７】鏡バイアスを徐々に増加することは、鏡
は、崩壊する前に、正しいアドレス電極に向って回転す
ることを保証する。期間１６０の間、鏡バイアスは、期
間１６２の間に減少した鏡保持電圧まで下げられる前
に、崩壊電圧より高く保たれる。
【００２８】図１６は、この発明に従って鏡駆動、保持
及びリセット電圧を発生するために考えられる一実施例
の鏡バイアス回路を示す。図１６で、鏡バイアス回路は
４つの論理レベル入力１７０，１７２，１７４，１７６
及び１つの出力１７８を持っている。鏡を中立から着地
電極まで駆動する為の、典形的には−８乃至−１２ボル
トの鏡駆動電圧１８０、鏡を着地電極にあてて保持す
る、典形的には−３乃至−４ボルトの鏡保持電圧１８
２、典形的には５ボルトのＶｃｃ １８４、典形的には
＋６．５ボルトのメモリ・アドレス電圧１８６及び典形
的には−２５ボルトのリセット電圧１８８と云う５つの
個別の電圧信号をこの回路に供給することができる。
【００２９】入力１７０がローである時、トランジスタ
１９０が出力１７８を鏡駆動電圧１８０で駆動する。抵
抗１９２及びキャパシタ１９４のＲＣ時定数並びに回路
内の他の全てのＲＣ時定数は、制御信号１７０，１７
２，１７４，１７６の切換え速度、典形的には５ MHz
より長くなる様に選ばれる。これは、どのＦＥＴも自発
的にターンオン又はターンオフするのを防止する為であ
る。全てのＦＥＴは、入力１７０，１７２，１７４，１
７６の対応するロー又はハイのパルスがあった時にだけ
ターンオン及びターンオフされる。入力１７２が高であ
る時、トランジスタ１９６が出力１７８を鏡保持電圧１
８２で駆動する。入力１７４がハイである時、トランジ
スタの対１９８，１９９が出力１７８をメモリ・アドレ
ス電圧の半分に駆動する。２つのトランジスタ１９８，
１９９を使って、トランジスタ・スイッチの実効「オ
ン」抵抗値を下げる。メモリ・アドレス電圧が、典形的
には同じ抵抗値を持つ抵抗２００，２０２によって分割
される。入力１７６が論理ローである時、トランジスタ
２０４がターンオンされ、リセット電圧が出力１７８に
駆動される。抵抗２０６が、出力電圧が印加されない
時、出力１７８の浮動（floating）を防止する。以上、
機械的な応力を減少し、鏡のタイミングの精度を高める
結果になる様な、ディジタル・マイクロミラー装置をリ
セットする特定の実施例の方法をこれまで説明したが、
この様な特定の場合を説明したのは、特許請求の範囲に
定めること以外に、この発明の範囲を制約するものと考
えてはならない。更に、この発明は或る特定の実施例に
ついて説明したが、当業者には、色々な変更が容易に考
えられることを承知すべきであり、この様な全ての変更
がこの発明の範囲内に含まれることを承知されたい。
【００３０】更に以下の項目を開示する。 （１） ディジタル・マイクロミラー装置の素子の一対
のアドレス電極をバイアスする工程を含み、この時第１
の電圧を第１のアドレス電極に印加し、第２の電圧を第
２のアドレス電極に印加し、撓み可能な構造を第３の電
圧でバイアスする工程を含み、該第３の電圧は前記第１
の電圧より小さく、前記第２の電圧より大きいディジタ
ル・マイクロミラー装置をリセットする方法。 （２） 請求項１に記載した方法に於て、第３の電圧が
大体前記第１の電圧及び第２の電圧の中間である方法。 （３） 請求項１に記載した方法に於て、前記撓み可能
な構造のバイアスを前記第３の電圧から第４の電圧に変
え、こうして前記撓み可能な構造の撓みを増加する工程
を含む方法。 （４） 請求項３記載の方法に於て、前記第４の電圧に
よって前記撓み可能な構造を着地電極に接するように撓
ませる方法。 （５） 請求項４記載の方法に於て、前記撓み可能な構
造のバイアスを前記第４の電圧から第５の電圧に下げる
工程を含む方法。 （６） 請求項１記載の方法に於て、前記第１の電圧を
増加し、こうして前記撓み可能な構造の撓みを増加する
方法。 （７） ディジタル・マイクロミラー装置の素子の一対
のアドレス電極をバイアスする工程を含み、この時第１
の電圧を第１のアドレス電極に印加し、第２の電圧を第
２のアドレス電極に印加し、撓み可能な構造を第３の電
圧でバイアスし、前記第１のアドレス電極に印加される
バイアスを前記第１の電圧から第４の電圧に増加して、
前記撓み可能な構造の撓みを増加する工程を含むディジ
タル・マイクロミラー装置を作動する方法。
【００３１】（８） 請求項７記載の方法に於て、前記
第３の電圧が前記第１の電圧より小さく、前記第２の電
圧より大きい方法。 （９） 請求項７記載の方法に於て、前記第３の電圧が
大体前記第１の電圧及び第２の電圧の中間である方法。 （１０） 請求項７記載の方法に於て、前記撓み可能な
構造のバイアスを前記第３の電圧から第５の電圧に変え
て、前記撓み可能な構造の撓みを増加する工程を含む方
法。 （１１） 請求項１０記載の方法に於て、前記第５の電
圧によって前記撓み可能な構造が着地電極に接するよう
に撓ませられる方法。 （１２） 請求項１１記載の方法に於て、前記撓み可能
な構造のバイアスを前記第５の電圧から第６の電圧に下
げる工程を含む方法。 （１３） 請求項１２記載の方法に於て、前記バイアス
が前記第６の電圧に下げられた後に、前記撓み可能な構
造が前記着地電極と接触したまゝでいる方法。
【００３２】（１４） ディジタル・マイクロミラー装
置の素子の一対のアドレス電極をバイアスする工程を含
み、この時第１の電圧を第１のアドレス電極に印加し、
第２の電圧を第２のアドレス電極に印加し、撓み可能な
構造を第３の電圧でバイアスし、該撓み可能な構造に印
加されるバイアスを前記第３の電圧から第４の電圧に徐
々に変えて、前記撓み可能な構造の撓みを増加する工程
を含むディジタル・マイクロミラー装置をリセットする
方法。 （１５） 請求項１４記載の方法に於て、前記バイアス
を変える工程が、前記撓み可能な構造に印加されるバイ
アスを前記第３の電圧から前記第４の電圧まで傾斜形に
変えることを含む方法。 （１６） 請求項１４記載の方法に於て、前記バイアス
を変える工程が、少なくとも２つの離散的な段階に分け
て、前記撓み可能な構造に印加されるバイアスを前記第
３の電圧から前記第４の電圧に歩進させることを含む方
法。 （１７） 撓み可能な構造に第１のバイアス電圧を印加
する工程を含み、この時前記第１のバイアス電圧は、撓
み可能な構造を限界位置まで撓ませるのに要する最小電
圧より大きく、前記撓み可能な構造が前記限界位置まで
駆動された後に、前記第１のバイアス電圧を第２のバイ
アス電圧まで下げる工程を含み、この時前記第２のバイ
アス電圧の大きさが前記第１のバイアス電圧の大きさよ
り小さいディジタル・マイクロミラー装置をバイアスす
る方法。 （１８） 請求項１７記載の方法に於て、第１のバイア
ス電圧及び第２のバイアス電圧が負の電圧である方法。 （１９） 請求項１７記載の方法に於て、前記第１のバ
イアス電圧及び前記第２のバイアス電圧が正の電圧であ
る方法。
【００３３】（２０） 機械的な応力を減少し、装置の
寿命を一層長くし、自発的なビット・リセットの発生を
少なくし、パルス幅変調の精度を高める様にディジタル
・マイクロミラー装置４０を制御する方法を説明した。
装置の応力を減らす為、鏡５０に印加されるバイアス電
圧１４２は、鏡５０が係止（ラッチ）された後下げるこ
とができる。時期尚早の鏡の変化を防止する為、鏡が所
望の位置に駆動された後、アドレス電極バイアス電圧１
４０を下げることができる。リセットの際、鏡５０が中
立位置に復帰する様に保証する為、リセット期間１５２
の間、鏡バイアス電圧１４２は大地電位から２つのアド
レス電圧の大体中間まで高めることができる。丁番の記
憶作用を減らすと共に、鏡５０が正しいアドレス電極に
向って回転する様に保証する為、鏡バイアス電圧１４２
を徐々に増加して、鏡５０が正しいアドレス電極に向っ
て回転する様にさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ａはアドレス電極だけを持つＤＭＤの斜視図。
ｂは図１のＢ−Ｂで切った図１のＤＭＤの断面図で、中
立位置にある鏡を示す。ｃは図１のＢ−Ｂで切った図１
のＤＭＤの断面図で、撓み位置にある鏡を示す。
【図２】図１のＤＭＤの略図。
【図３】図１のＤＭＤに加えられた３種類のアドレス電
圧に対する鏡の変位対トルクのグラフ。
【図４】アドレス電極の他に着地電極を持つＤＭＤの略
図。
【図５】両方のアドレス電極が同じ様にバイアスされた
図４のＤＭＤの鏡の変位対トルクのグラフ。
【図６】両方のアドレス電極が単安定アドレス電圧で同
じ様にバイアスされた図４のＤＭＤの鏡の変位対トルク
のグラフ。
【図７】両方のアドレス電極が３安定アドレス電圧で同
じ様にバイアスされた図４のＤＭＤの鏡の変位対トルク
のグラフ。
【図８】両方のアドレス電極が第１の双安定アドレス電
圧で同じ様にバイアスされた図４のＤＭＤの鏡の変位対
トルクのグラフ。
【図９】両方のアドレス電極が第２の双安定アドレス電
圧で同じ様にバイアスされた図４のＤＭＤの鏡の変位対
トルクのグラフ。
【図１０】種々のアドレス電圧に対する鏡の正味のポテ
ンシャル・エネルギのグラフ。
【図１１】従来の典形的なＤＭＤ鏡バイアス／リセット
波形のグラフ。
【図１２】この発明の第１の実施例による鏡保持電圧を
下げた典形的なＤＭＤ鏡バイアス／リセット波形のグラ
フ。
【図１３】この発明の第２の実施例による、鏡保持及び
リセット期間中の下げたメモリ・バイアス電圧を持つ典
形的なＤＭＤ鏡バイアス／リセット及びメモリ・バイア
ス波形のグラフ。
【図１４】この発明の第３の実施例による、鏡リセット
期間中にオフセットした鏡バイアス電圧を持つ典形的な
ＤＭＤ鏡バイアス／リセット及びメモリ・バイアス波形
のグラフ。
【図１５】この発明の第４の実施例による典形的なＤＭ
Ｄ鏡バイアス／リセット及びメモリ・バイアス波形のグ
ラフで、各々の期間中の鏡の位置を示す。
【図１６】ＤＭＤ鏡バイアス／リセット電圧波形を発生
する典形的な回路の回路図。
【符号の説明】
２２，２４ 丁番 ２６ 鏡 ２８，３０ アドレス電極 ４６，４８ 着地電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハーラン ピー．クリーブランド アメリカ合衆国テキサス州ガーランド，フ ラグストーン ドライブ 3041 (72)発明者 ヘンリー チュー アメリカ合衆国テキサス州プラノ，サクラ メント テラス 1517 (72)発明者 カール ダブリュ．デービス アメリカ合衆国テキサス州プラノ，ヒュー ロン トレイル 1520 (72)発明者 スコット ディー．ヘイムブック アメリカ合衆国テキサス州ダラス，スコチ ア ドライブ 7719 (72)発明者 クロード イー．テュー アメリカ合衆国テキサス州ダラス，サン リーンドロ 8215

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ディジタル・マイクロミラー装置の素子
    の一対のアドレス電極をバイアスする工程を含み、この
    時第１の電圧を第１のアドレス電極に印加し、第２の電
    圧を第２のアドレス電極に印加し、撓み可能な構造を第
    ３の電圧でバイアスする工程を含み、該第３の電圧は前
    記第１の電圧より小さく、前記第２の電圧より大きいデ
    ィジタル・マイクロミラー装置をリセットする方法。
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