JPH08334709A - 空間光変調器 - Google Patents
空間光変調器Info
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- JPH08334709A JPH08334709A JP8097041A JP9704196A JPH08334709A JP H08334709 A JPH08334709 A JP H08334709A JP 8097041 A JP8097041 A JP 8097041A JP 9704196 A JP9704196 A JP 9704196A JP H08334709 A JPH08334709 A JP H08334709A
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
- G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
- G02B26/0841—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting element being moved or deformed by electrostatic means
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 より効率的なリセット動作等ＤＭＤの性能を
向上する。 【解決手段】 増加した性能パラメータを有するＤＭＤ
型の空間光変調器（１０）である。画素ミラー（３０）
がヨーク（３２）によって支持され、幾つかの構造体の
間に電子静電引力（７０，７６，８０，８２）が生じ
る。まず、高架ミラー（３０）と高架アドレス電極（５
０，５２）の間、次に、ヨーク（３２）と下部アドレス
電極（２６，２８）の間に生じる。画素（３０）は、従
来の世代のデバイスに比べ、高アドレス・トルク、高ラ
ッチ・トルク、高い復元力、及びより大きなマージンを
達成する。基板アドレス電極（２６，２８）上のヨーク
（３２）の近接により、大きな引力が実現され、画素は
アドレス・アップセットに感度が低く、より小さなリセ
ット電圧を必要とし、スイッチスピードをより早める。
向上する。 【解決手段】 増加した性能パラメータを有するＤＭＤ
型の空間光変調器（１０）である。画素ミラー（３０）
がヨーク（３２）によって支持され、幾つかの構造体の
間に電子静電引力（７０，７６，８０，８２）が生じ
る。まず、高架ミラー（３０）と高架アドレス電極（５
０，５２）の間、次に、ヨーク（３２）と下部アドレス
電極（２６，２８）の間に生じる。画素（３０）は、従
来の世代のデバイスに比べ、高アドレス・トルク、高ラ
ッチ・トルク、高い復元力、及びより大きなマージンを
達成する。基板アドレス電極（２６，２８）上のヨーク
（３２）の近接により、大きな引力が実現され、画素は
アドレス・アップセットに感度が低く、より小さなリセ
ット電圧を必要とし、スイッチスピードをより早める。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般的に、光学的光画像
を形成する入射光を変調する光空間光変調器に関連し、
更に詳細には、アドレス回路上に形成されるバイステイ
ブル（bistable）・マイクロミラーのアレイを有するデ
ジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）に関す
る。
を形成する入射光を変調する光空間光変調器に関連し、
更に詳細には、アドレス回路上に形成されるバイステイ
ブル（bistable）・マイクロミラーのアレイを有するデ
ジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）に関す
る。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】空間光変調器（以下ＳＬ
Ｍ）には、光学的な情報処理の分野において、投射ディ
スプレイ、ビデオ・モニター、グラフィック・モニタ
ー、テレビ及び電子写真プリントなど多数の用途があ
る。ＳＬＭは空間パターンの入射光を変調し、電気的又
は光学的入力に対応する光画像を形成する装置である。
入射光は、フェーズ、強度、偏光、又は方向において変
調され得る。光変調は、電子光学的又は磁気光学的効果
を示す種々の材料によって、又は表面変形による光を変
調する材料によって達成される。
Ｍ）には、光学的な情報処理の分野において、投射ディ
スプレイ、ビデオ・モニター、グラフィック・モニタ
ー、テレビ及び電子写真プリントなど多数の用途があ
る。ＳＬＭは空間パターンの入射光を変調し、電気的又
は光学的入力に対応する光画像を形成する装置である。
入射光は、フェーズ、強度、偏光、又は方向において変
調され得る。光変調は、電子光学的又は磁気光学的効果
を示す種々の材料によって、又は表面変形による光を変
調する材料によって達成される。
【０００３】ＳＬＭは典型的に、アドレス可能な画像素
子（画素）の領域又は線形アレイから形成される。ソー
ス画素データは、まず通常ＳＬＭの外にある関連する制
御回路によってフォーマットされ、その後、１度に１フ
レームが画素アレイにロードされる。この画素データ
は、種々のアルゴリズム、つまり、トップからボトムへ
順に１度に１画素ラインを、あるいは一つおきの画素ラ
イン、例えば奇数列の画素を、トップからボトムへ順に
アドレス指定し、その後偶数画素ラインへリターンする
ことによってインターリーブするなど、を用いて画素ア
レイに書込まれ得る。陰極線管（ＣＲＴ）では、このデ
ータ書込み技術は、高電力電子ガンが発光体の画素を左
から右へ一度に横切ってスキャンするラスター化として
周知である。この画素アドレス書込み方式は液晶ディス
プレイ（ＬＣＤ）にも応用することができる。
子（画素）の領域又は線形アレイから形成される。ソー
ス画素データは、まず通常ＳＬＭの外にある関連する制
御回路によってフォーマットされ、その後、１度に１フ
レームが画素アレイにロードされる。この画素データ
は、種々のアルゴリズム、つまり、トップからボトムへ
順に１度に１画素ラインを、あるいは一つおきの画素ラ
イン、例えば奇数列の画素を、トップからボトムへ順に
アドレス指定し、その後偶数画素ラインへリターンする
ことによってインターリーブするなど、を用いて画素ア
レイに書込まれ得る。陰極線管（ＣＲＴ）では、このデ
ータ書込み技術は、高電力電子ガンが発光体の画素を左
から右へ一度に横切ってスキャンするラスター化として
周知である。この画素アドレス書込み方式は液晶ディス
プレイ（ＬＣＤ）にも応用することができる。
【０００４】テキサス州ダラスのテキサス・インスツル
メンツの最近のイノベーションは、デジタル・マイクロ
ミラー・デバイス又は変形ミラー・デバイス（総称して
ＤＭＤ）である。ＤＭＤはディスプレイ、プロジェク
タ、及びハードコピープリンタの用途に適している電子
的／機械的／光学的ＳＬＭである。ＤＭＤは、モノリシ
ック単一チップ集積回路ＳＬＭであり、１７ミクロンセ
ンター上の１６ミクロン四方の可動マイクロミラーの高
密度アレイを有する。これらのミラーは、ＳＲＡＭアレ
イセル及びアドレス電極を有するアドレス回路上に形成
される。各ミラーはＤＭＤアレイの１画素を形成し、バ
イステイブル、つまり２つの位置のうち１つの位置で安
定（ステイブル）であり、ミラーアレイ上に向けられた
光源は２方向のうち一方に反射される。１つの安定“オ
ン”状態において、そのミラーへの入射光は投射レンズ
へ反射され、表示スクリーン又はプリンタのフォトセン
シティブ素子にフォーカスされる。他方の“オフ”ミラ
ー位置において、ミラーへ向けられる光は光アブソーバ
ーに偏向される。アレイの各ミラーは、投射レンズ又は
光アブソーバーのいずれかへ入射光を導くよう個別に制
御される。投射レンズは、表示スクリーン上へ、画素ミ
ラーから変調された光を最終的にフォーカスし拡大し、
表示する場合の画像をつくる。ＤＭＤアレイの各画素ミ
ラーが“オン”の位置である場合、表示される画像は明
るい画素のアレイであり得る。
メンツの最近のイノベーションは、デジタル・マイクロ
ミラー・デバイス又は変形ミラー・デバイス（総称して
ＤＭＤ）である。ＤＭＤはディスプレイ、プロジェク
タ、及びハードコピープリンタの用途に適している電子
的／機械的／光学的ＳＬＭである。ＤＭＤは、モノリシ
ック単一チップ集積回路ＳＬＭであり、１７ミクロンセ
ンター上の１６ミクロン四方の可動マイクロミラーの高
密度アレイを有する。これらのミラーは、ＳＲＡＭアレ
イセル及びアドレス電極を有するアドレス回路上に形成
される。各ミラーはＤＭＤアレイの１画素を形成し、バ
イステイブル、つまり２つの位置のうち１つの位置で安
定（ステイブル）であり、ミラーアレイ上に向けられた
光源は２方向のうち一方に反射される。１つの安定“オ
ン”状態において、そのミラーへの入射光は投射レンズ
へ反射され、表示スクリーン又はプリンタのフォトセン
シティブ素子にフォーカスされる。他方の“オフ”ミラ
ー位置において、ミラーへ向けられる光は光アブソーバ
ーに偏向される。アレイの各ミラーは、投射レンズ又は
光アブソーバーのいずれかへ入射光を導くよう個別に制
御される。投射レンズは、表示スクリーン上へ、画素ミ
ラーから変調された光を最終的にフォーカスし拡大し、
表示する場合の画像をつくる。ＤＭＤアレイの各画素ミ
ラーが“オン”の位置である場合、表示される画像は明
るい画素のアレイであり得る。
【０００５】ＤＭＤデバイス及びその利用についてのよ
り詳細な説明は、本発明と同じ譲渡人に譲渡されてい
る、Hornbeckの米国特許番号第５，０６１，０４９号、
発明の名称『空間光変調器およびその方法』、DeMondら
の米国特許番号第５，０７９，５４４号、発明の名称
『標準独立デジタル化ビデオシステム』、及びNelsonの
米国特許番号第５，１０５，３６９号、発明の名称『プ
リンティング・システム露光モジュール整合方法及び製
造方法』を参照されたい。本発明と同じ譲渡人に譲渡さ
れ、参照のためここに引用する、米国特許番号第５，２
７８，６５２号、発明の名称『パルス幅変調されたディ
スプレイ・システムを用いるためのＤＭＤアーキテクチ
ャ及びタイミング』に記載されたように、画像を形成す
る画素のグレイ・スケールは、ミラーのパルス幅変調技
術によって達成される。
り詳細な説明は、本発明と同じ譲渡人に譲渡されてい
る、Hornbeckの米国特許番号第５，０６１，０４９号、
発明の名称『空間光変調器およびその方法』、DeMondら
の米国特許番号第５，０７９，５４４号、発明の名称
『標準独立デジタル化ビデオシステム』、及びNelsonの
米国特許番号第５，１０５，３６９号、発明の名称『プ
リンティング・システム露光モジュール整合方法及び製
造方法』を参照されたい。本発明と同じ譲渡人に譲渡さ
れ、参照のためここに引用する、米国特許番号第５，２
７８，６５２号、発明の名称『パルス幅変調されたディ
スプレイ・システムを用いるためのＤＭＤアーキテクチ
ャ及びタイミング』に記載されたように、画像を形成す
る画素のグレイ・スケールは、ミラーのパルス幅変調技
術によって達成される。
【０００６】ＤＭＤはそれが真にデジタル・ディスプレ
イ・デバイスであり、集積回路ソリューションである点
で革新的である。ＤＭＤの進歩及び変化は、共に譲渡さ
れる種々の特許を参照することによって理解され得る。
ＤＭＤ空間光変調器の『第１世代』はミラーとビームが
同一のものである可撓性ビームを実現した。つまり、電
子静電力がミラーと下部アドレス電極との間に作られ、
その撓みを誘導する。これらのミラーの撓みは可変であ
り、アナログモードで作動し、リーフ・スプリング又は
片持ちばりビームで構成され得ることは、共に譲渡され
た、Hornbeckの米国特許番号第４，６６２，７４６号、
発明の名称『空間光変調器およびその方法』、Hornbeck
の米国特許番号第４，７１０，７３２号、発明の名称
『空間光変調器およびその方法』、Hornbeckの米国特許
番号第４，９５６，６１９号、発明の名称『空間光変調
器』、Hornbeckの米国特許番号第５，１７２，２６２
号、発明の名称『空間光変調器およびその方法』に開示
されており、ここに参照のため引用する。
イ・デバイスであり、集積回路ソリューションである点
で革新的である。ＤＭＤの進歩及び変化は、共に譲渡さ
れる種々の特許を参照することによって理解され得る。
ＤＭＤ空間光変調器の『第１世代』はミラーとビームが
同一のものである可撓性ビームを実現した。つまり、電
子静電力がミラーと下部アドレス電極との間に作られ、
その撓みを誘導する。これらのミラーの撓みは可変であ
り、アナログモードで作動し、リーフ・スプリング又は
片持ちばりビームで構成され得ることは、共に譲渡され
た、Hornbeckの米国特許番号第４，６６２，７４６号、
発明の名称『空間光変調器およびその方法』、Hornbeck
の米国特許番号第４，７１０，７３２号、発明の名称
『空間光変調器およびその方法』、Hornbeckの米国特許
番号第４，９５６，６１９号、発明の名称『空間光変調
器』、Hornbeckの米国特許番号第５，１７２，２６２
号、発明の名称『空間光変調器およびその方法』に開示
されており、ここに参照のため引用する。
【０００７】この第１世代のＤＭＤは、デジタル又はバ
イステイブル・デバイスとしても実施され得る。ビーム
（ミラー）は、ねじれヒンジで支持され、ミラー片が着
地パッド（landing pad ）上に着地するまで、２方向の
うち１方向に１０度軸回転するミラーを有し得る。この
ような実施例は、共に譲渡されたHornbeckの米国特許番
号第５，０６１，０４９号、発明の名称『空間光変調器
およびその方法』に開示されている。ミラー片と着地パ
ッドとの間のファン・デル・ワールスの力を制限するた
め、着地パッドは、着地パッド上に形成される配向（or
iented）単分子層によって不活性化され得る。この単分
子層は、ヴァン・デル・ワールの力を減少させ、ミラー
が電極に膠着（stick ）するのを防ぐ。この技術は、共
に譲渡されたHornbeckの米国特許番号第５，３３１，４
５４号、発明の名称『ＤＭＤのための低リセット電圧プ
ロセス』に開示されており、参照のためここに引用す
る。
イステイブル・デバイスとしても実施され得る。ビーム
（ミラー）は、ねじれヒンジで支持され、ミラー片が着
地パッド（landing pad ）上に着地するまで、２方向の
うち１方向に１０度軸回転するミラーを有し得る。この
ような実施例は、共に譲渡されたHornbeckの米国特許番
号第５，０６１，０４９号、発明の名称『空間光変調器
およびその方法』に開示されている。ミラー片と着地パ
ッドとの間のファン・デル・ワールスの力を制限するた
め、着地パッドは、着地パッド上に形成される配向（or
iented）単分子層によって不活性化され得る。この単分
子層は、ヴァン・デル・ワールの力を減少させ、ミラー
が電極に膠着（stick ）するのを防ぐ。この技術は、共
に譲渡されたHornbeckの米国特許番号第５，３３１，４
５４号、発明の名称『ＤＭＤのための低リセット電圧プ
ロセス』に開示されており、参照のためここに引用す
る。
【０００８】ＤＭＤの『第２世代』は、共に譲渡された
米国特許番号第５，０８３，８５７号、発明の名称『多
レベル変形可能ミラー・デバイス』及び同時係属特許出
願で1993年12月21日に出願された、出願番号第０８／１
７１，３０３、発明の名称『改良された多レベル・デジ
タル・マイクロミラー・デバイス』で実施されている。
この第２世代のデバイスでは、ミラーはヨーク上に持ち
上げられ、このヨークは一対のねじれヒンジによってア
ドレス回路上に懸架されている。この出願の図３ｃに示
すように、電子静電力は、高架ミラー及び高架電極の間
に生じる。回転するときに着地電極と接触するのはヨー
クであり、ミラー片は、どの構成物とも接触しない。ミ
ラーの約５０％である、ヨークのより短いモーメントの
アームは、ミラー片が自由に動くために、リセットパル
スによりエネルギーがより効果的にミラーに接続される
ようにする。共振リセットパルスをミラーに提供するこ
とによって、ミラーが旋回（ピボット）構造を着地電極
から自由にすることは、共に譲渡された米国特許番号第
５，０９６，２７９号、発明の名称『空間光変調器およ
びその方法』、及び米国特許番号第５，２３３，４５６
号、発明の名称『共振ミラーとその製造方法』に開示さ
れている。しかし、ヨークがアドレス電極の表面領域を
わずかに減少させるため、第１世代のデバイスに比べ、
ミラーと高架アドレス電極との間に生じるアドレス・ト
ルクが多少犠牲になる。
米国特許番号第５，０８３，８５７号、発明の名称『多
レベル変形可能ミラー・デバイス』及び同時係属特許出
願で1993年12月21日に出願された、出願番号第０８／１
７１，３０３、発明の名称『改良された多レベル・デジ
タル・マイクロミラー・デバイス』で実施されている。
この第２世代のデバイスでは、ミラーはヨーク上に持ち
上げられ、このヨークは一対のねじれヒンジによってア
ドレス回路上に懸架されている。この出願の図３ｃに示
すように、電子静電力は、高架ミラー及び高架電極の間
に生じる。回転するときに着地電極と接触するのはヨー
クであり、ミラー片は、どの構成物とも接触しない。ミ
ラーの約５０％である、ヨークのより短いモーメントの
アームは、ミラー片が自由に動くために、リセットパル
スによりエネルギーがより効果的にミラーに接続される
ようにする。共振リセットパルスをミラーに提供するこ
とによって、ミラーが旋回（ピボット）構造を着地電極
から自由にすることは、共に譲渡された米国特許番号第
５，０９６，２７９号、発明の名称『空間光変調器およ
びその方法』、及び米国特許番号第５，２３３，４５６
号、発明の名称『共振ミラーとその製造方法』に開示さ
れている。しかし、ヨークがアドレス電極の表面領域を
わずかに減少させるため、第１世代のデバイスに比べ、
ミラーと高架アドレス電極との間に生じるアドレス・ト
ルクが多少犠牲になる。
【０００９】より効率的なリセット動作を有する改良さ
れたＤＭＤを提供し、より多くのアドレス・トルク、ラ
ッチ・トルク、及びアドレス保持トルクを有するデバイ
スを開発することが望まれている。改良されるデバイス
は、基準の製造工程を用いることによって製造されるこ
とが好ましい。
れたＤＭＤを提供し、より多くのアドレス・トルク、ラ
ッチ・トルク、及びアドレス保持トルクを有するデバイ
スを開発することが望まれている。改良されるデバイス
は、基準の製造工程を用いることによって製造されるこ
とが好ましい。
【００１０】
【課題を達成するための手段及び作用】本発明は、ヨー
クが第１のアドレス電極対の実質的な部分を覆うよう
に、ヒンジと平行にヨークを水平に伸ばすことによっ
て、ＤＭＤ空間光変調器としての技術的利点を達成す
る。第２の高架アドレス電極対が、ヨークの横およびヨ
ークに支えられた高架ミラーの下に設けられる。アドレ
ス・トルクは、第１のアドレス電極対とヨークの間、お
よび第２の高架アドレス電極対と高架ミラーの間で達成
される。ヨークは、ミラーが高架アドレス電極に関連し
て配置されるより下部アドレス電極により近接して配置
される。対向部材間のユニット（単位）領域毎の力は距
離の自乗分の一に比例するため、ヨークと下部の第１の
アドレス電極対の間のユニット領域毎の力は、ミラーと
第２の高架アドレス電極対の間のユニット領域毎の力よ
り４倍の大きさまで大きくなる。本発明は、従来の世代
に比べて、処理工程を変えることなく、高度なアドレス
・トルク、ラッチ・トルク、アドレス保持トルク、及び
復元力を有する。
クが第１のアドレス電極対の実質的な部分を覆うよう
に、ヒンジと平行にヨークを水平に伸ばすことによっ
て、ＤＭＤ空間光変調器としての技術的利点を達成す
る。第２の高架アドレス電極対が、ヨークの横およびヨ
ークに支えられた高架ミラーの下に設けられる。アドレ
ス・トルクは、第１のアドレス電極対とヨークの間、お
よび第２の高架アドレス電極対と高架ミラーの間で達成
される。ヨークは、ミラーが高架アドレス電極に関連し
て配置されるより下部アドレス電極により近接して配置
される。対向部材間のユニット（単位）領域毎の力は距
離の自乗分の一に比例するため、ヨークと下部の第１の
アドレス電極対の間のユニット領域毎の力は、ミラーと
第２の高架アドレス電極対の間のユニット領域毎の力よ
り４倍の大きさまで大きくなる。本発明は、従来の世代
に比べて、処理工程を変えることなく、高度なアドレス
・トルク、ラッチ・トルク、アドレス保持トルク、及び
復元力を有する。
【００１１】本発明は、基板を有する空間光変調器を構
成する。第１の部分を有するアドレス回路は基板に近接
して提供され、更に基板上に高架される第２の部分を有
する。ヨークは、アドレス回路の第１の部分上に支持さ
れる。少なくとも１つのヒンジがヨークに接続され、ヨ
ークを支持し、ヒンジはアドレス回路の第１の部分上の
ヨークを撓ませ得る。画素は、ヨークの上に持ち上げら
れ、ヨークに支持され、この画素は高架アドレスの第２
部分の上に位置する。このアドレス回路の第１及び第２
の部分は、互いに電気的に接続され、それによって第１
及び第２の部分に提供される電位は、２平面に電子静電
力を生じさせる。まず、電子静電力はヨークとアドレス
回路の第１の部分の間に、次に、高架画素と高架第２の
部分との間に生じる。
成する。第１の部分を有するアドレス回路は基板に近接
して提供され、更に基板上に高架される第２の部分を有
する。ヨークは、アドレス回路の第１の部分上に支持さ
れる。少なくとも１つのヒンジがヨークに接続され、ヨ
ークを支持し、ヒンジはアドレス回路の第１の部分上の
ヨークを撓ませ得る。画素は、ヨークの上に持ち上げら
れ、ヨークに支持され、この画素は高架アドレスの第２
部分の上に位置する。このアドレス回路の第１及び第２
の部分は、互いに電気的に接続され、それによって第１
及び第２の部分に提供される電位は、２平面に電子静電
力を生じさせる。まず、電子静電力はヨークとアドレス
回路の第１の部分の間に、次に、高架画素と高架第２の
部分との間に生じる。
【００１２】ヨークと第１の部分との間の距離は、画素
と高架第２の部分との間で定められる距離の約半分であ
る。ヨークとアドレス回路の第１の部分の対向する表面
領域は、高架画素と高架第２の部分との間に生じるアド
レス・トルクより約４倍大きいアドレス・トルクを実現
する。ネット・アドレス・トルクは付加的であり、前の
世代のＤＭＤデバイスによって生じるアドレス・トルク
よりも実質的に大きい。
と高架第２の部分との間で定められる距離の約半分であ
る。ヨークとアドレス回路の第１の部分の対向する表面
領域は、高架画素と高架第２の部分との間に生じるアド
レス・トルクより約４倍大きいアドレス・トルクを実現
する。ネット・アドレス・トルクは付加的であり、前の
世代のＤＭＤデバイスによって生じるアドレス・トルク
よりも実質的に大きい。
【００１３】ヨークは、ヨーク軸の両側に一対のヨーク
片を有する、蝶のような形をしていることが好ましい。
回転すると、一対のヨーク片の一方が着地パッドに着地
し、それにより支持され、持ち上げられる画素ミラー
は、どの構造物とも離れたままになる。このように、リ
セット・パルスは、ミラーに提供され得、良好なリセッ
ト動作を達成するため、ミラーに共振する周波数である
ことが好ましい。ヨークは、実質的にヒンジと同じ平面
であることが好ましく、ヒンジが正確な整合及びバラン
スで形成されるように、単一エッチング工程を用いて形
成され得る。
片を有する、蝶のような形をしていることが好ましい。
回転すると、一対のヨーク片の一方が着地パッドに着地
し、それにより支持され、持ち上げられる画素ミラー
は、どの構造物とも離れたままになる。このように、リ
セット・パルスは、ミラーに提供され得、良好なリセッ
ト動作を達成するため、ミラーに共振する周波数である
ことが好ましい。ヨークは、実質的にヒンジと同じ平面
であることが好ましく、ヒンジが正確な整合及びバラン
スで形成されるように、単一エッチング工程を用いて形
成され得る。
【００１４】空間光変調器は、アドレス回路に接続され
る制御回路を更に有する。この制御回路は、アドレス回
路の第１及び第２の部分の両方にアドレスデータを提供
し、画素を撓ませる。アドレス回路の第１の部分はパッ
ドを有し、回転の画素軸の両側に提供され、離れている
アドレス回路の第２の部分はこのヨーク軸の両側の画素
の下に提供されることが好ましい。制御回路は、これら
の一連のアドレス指定する部分のいずれか１つにアドレ
スデータを提供し、アドレス指定する部分の方へヨーク
とミラーを撓ませ、アドレス指定された第１及び第２の
部分の方へヨークおよびミラーを撓ませる。画素はミラ
ーであり、ヒンジに対して４５度の角度でジオメトリッ
クに配向されたの四角形であり、暗視界光学系（darkfi
eld optics）によって感知される画素の端に沿って生じ
る回折項（diffraction terms ）を最小化することが好
ましい。
る制御回路を更に有する。この制御回路は、アドレス回
路の第１及び第２の部分の両方にアドレスデータを提供
し、画素を撓ませる。アドレス回路の第１の部分はパッ
ドを有し、回転の画素軸の両側に提供され、離れている
アドレス回路の第２の部分はこのヨーク軸の両側の画素
の下に提供されることが好ましい。制御回路は、これら
の一連のアドレス指定する部分のいずれか１つにアドレ
スデータを提供し、アドレス指定する部分の方へヨーク
とミラーを撓ませ、アドレス指定された第１及び第２の
部分の方へヨークおよびミラーを撓ませる。画素はミラ
ーであり、ヒンジに対して４５度の角度でジオメトリッ
クに配向されたの四角形であり、暗視界光学系（darkfi
eld optics）によって感知される画素の端に沿って生じ
る回折項（diffraction terms ）を最小化することが好
ましい。
【００１５】一対のアドレス電極上に懸架されたヨーク
を有し、第２のアドレス電極対上に伸びる高架ミラーを
支持するＤＭＤデバイスは、アドレス電極と旋回構造
物、つまり、ヨークとミラー、との間の引付ける（attr
active）領域を大きく増加させる。アドレス基板上の下
部アドレス電極は、金属３から構成され、アトラクティ
ブ領域を最大にするよう注意深く設計され、ミラー及び
ヨークと同じ電位を有する着地電極上にヨーク片を着地
させる。ミラーの高架アドレス電極は、第２世代のデバ
イスから修正されて本発明の延長ヨークを提供（accomm
odate ）一方、ミラーと高架電極の間に生じ得るトルク
のほとんどを維持する。高架電極の減少された領域の結
果の損失トルクはアドレス・トルク上に伸びるヨークに
よって補償されるよりも多く、これらのアドレス電極
は、高架電極に対し位置付けられるミラーよりヨークか
らその半分の距離に位置付けられる。第２世代のデバイ
スに比べて、生じるネット・アドレス・トルクは、約２
倍（a factor of two ）大きい。本発明は更に、より大
きいラッチ・トルク及びアドレス保持トルクを達成す
る。
を有し、第２のアドレス電極対上に伸びる高架ミラーを
支持するＤＭＤデバイスは、アドレス電極と旋回構造
物、つまり、ヨークとミラー、との間の引付ける（attr
active）領域を大きく増加させる。アドレス基板上の下
部アドレス電極は、金属３から構成され、アトラクティ
ブ領域を最大にするよう注意深く設計され、ミラー及び
ヨークと同じ電位を有する着地電極上にヨーク片を着地
させる。ミラーの高架アドレス電極は、第２世代のデバ
イスから修正されて本発明の延長ヨークを提供（accomm
odate ）一方、ミラーと高架電極の間に生じ得るトルク
のほとんどを維持する。高架電極の減少された領域の結
果の損失トルクはアドレス・トルク上に伸びるヨークに
よって補償されるよりも多く、これらのアドレス電極
は、高架電極に対し位置付けられるミラーよりヨークか
らその半分の距離に位置付けられる。第２世代のデバイ
スに比べて、生じるネット・アドレス・トルクは、約２
倍（a factor of two ）大きい。本発明は更に、より大
きいラッチ・トルク及びアドレス保持トルクを達成す
る。
【００１６】
【実施例】本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。図１において、デジタル・マイクロミラー・デバイ
ス（ＤＭＤ）を有する空間光変調器を全体として１０で
示す。ＤＭＤ１０は、単一チップ集積回路であって、８
６４×５７６マイクロミラー・アレイ１２を有するよう
に示されている。アレイ１２は、８６４×３６メモリセ
ルアレイ１６上にモノリシックに形成される。図２に示
すように、メモリセルアレイ１６を形成する３６列のメ
モリセル（ＭＲ０−ＭＲ３５）列の各メモリセルは、あ
る特定の１６画素グループ（１８）に関連され、制御す
る。各メモリセルは、一次の１ビット静電ランダムアク
セスメモリ（ＳＲＡＭ）及びその一次セルによってフィ
ードされる二次の１ビットＳＲＡＭセルを有する。メモ
リセルの各８６４列のそれぞれに接続される８６４ビッ
トラインＢＬ０−ＢＬ８６３がある。列画素データは、
関連するビットラインＢＬ０−ＢＬ８６３を介して、ア
ドレス指定された一次メモリセル行ＭＲn にロードされ
る。一次メモリセルは、それぞれＷＤn 又はＲＤn とし
て識別される、関連する行の書込み可能又は読出し可能
ラインをイネーブルにすることによってアドレス指定さ
れ、ＷＰn は行ＭＲn の各一次セルのイネーブル入力に
接続される。この画素データは、グローバル制御ライン
ＭＸＦＲＢをイネーブルにすることによってそれぞれ二
次セルへ一次セルからラッチされ、ＭＸＦＲＢはアレイ
１６の全ての二次セルのイネーブル入力に接続されてい
る。二次メモリセルは本質的にシャドウ・ラッチとして
作動し、データは一次メモリセルから二次メモリセルへ
ロードされ得、一次メモリセルが二次メモリセルのメモ
リセル内容に影響を及ぼすことなく新しい画素データを
実質的に再ロードすることを可能にする。シャドウ・ラ
ッチ技術の付加的説明は、共に譲渡された同時係属中の
特許出願番号０８／３８９，６７３で１９９５年２月16
日に出願された、発明の名称『単一ビットライン・デュ
アル・ラッチ・メモリセルを有する空間光変調器』にさ
れており、参照のためここに引用する。行アドレス及び
列データロード回路、及びＤＭＤ１０のテスト制御機能
を有する制御回路の更に詳しい説明は、共に譲渡された
同時係属中の特許出願番号０８／３７３，６９２で１９
９５年１月17日に出願された、発明の名称『モノリシッ
ク・プログラマブル・フォーマット・ピクセル・アレ
イ』にされており、参照のためここに引用する。
る。図１において、デジタル・マイクロミラー・デバイ
ス（ＤＭＤ）を有する空間光変調器を全体として１０で
示す。ＤＭＤ１０は、単一チップ集積回路であって、８
６４×５７６マイクロミラー・アレイ１２を有するよう
に示されている。アレイ１２は、８６４×３６メモリセ
ルアレイ１６上にモノリシックに形成される。図２に示
すように、メモリセルアレイ１６を形成する３６列のメ
モリセル（ＭＲ０−ＭＲ３５）列の各メモリセルは、あ
る特定の１６画素グループ（１８）に関連され、制御す
る。各メモリセルは、一次の１ビット静電ランダムアク
セスメモリ（ＳＲＡＭ）及びその一次セルによってフィ
ードされる二次の１ビットＳＲＡＭセルを有する。メモ
リセルの各８６４列のそれぞれに接続される８６４ビッ
トラインＢＬ０−ＢＬ８６３がある。列画素データは、
関連するビットラインＢＬ０−ＢＬ８６３を介して、ア
ドレス指定された一次メモリセル行ＭＲn にロードされ
る。一次メモリセルは、それぞれＷＤn 又はＲＤn とし
て識別される、関連する行の書込み可能又は読出し可能
ラインをイネーブルにすることによってアドレス指定さ
れ、ＷＰn は行ＭＲn の各一次セルのイネーブル入力に
接続される。この画素データは、グローバル制御ライン
ＭＸＦＲＢをイネーブルにすることによってそれぞれ二
次セルへ一次セルからラッチされ、ＭＸＦＲＢはアレイ
１６の全ての二次セルのイネーブル入力に接続されてい
る。二次メモリセルは本質的にシャドウ・ラッチとして
作動し、データは一次メモリセルから二次メモリセルへ
ロードされ得、一次メモリセルが二次メモリセルのメモ
リセル内容に影響を及ぼすことなく新しい画素データを
実質的に再ロードすることを可能にする。シャドウ・ラ
ッチ技術の付加的説明は、共に譲渡された同時係属中の
特許出願番号０８／３８９，６７３で１９９５年２月16
日に出願された、発明の名称『単一ビットライン・デュ
アル・ラッチ・メモリセルを有する空間光変調器』にさ
れており、参照のためここに引用する。行アドレス及び
列データロード回路、及びＤＭＤ１０のテスト制御機能
を有する制御回路の更に詳しい説明は、共に譲渡された
同時係属中の特許出願番号０８／３７３，６９２で１９
９５年１月17日に出願された、発明の名称『モノリシッ
ク・プログラマブル・フォーマット・ピクセル・アレ
イ』にされており、参照のためここに引用する。
【００１７】図２はミラーアレイ１２の１つの画素１８
を示す。二次メモリセルのデータは、一対の相補性アド
レス電極ラインに提供され、各ラインは順に、アレイ１
２の各画素１８の下に形成され、画素に関連する２つの
アドレス電極２６及び２８のうち１つに接続される。画
素１８は、支持ポスト３４によって、全体として３２で
示すヨークの上に支持され、上に持ち上げられる四角形
ミラー３０を有する。支持ポスト３４は、ミラーの中央
から下方へ伸び、図示するように、そのねじれ軸にそっ
てヨーク３２の中央に取付けられ、ヨーク３２上のミラ
ー３０の質量の中心のバランスをとる。ヨーク３２は、
通常は蝶の形であり、あとで詳細に説明するが、一対の
ねじれヒンジ４０によって中央軸に沿って軸（axially
）支持される。各ねじれヒンジ４０の反対の端はそれ
ぞれヒンジ支持ポスト４４の頂点に定められているヒン
ジ支持ポストキャップ４２に取付けられ、支持される。
一対の高架ミラーアドレス電極５０及び５２は、それぞ
れアドレス支持ポスト５４及び５６によって支持され
る。
を示す。二次メモリセルのデータは、一対の相補性アド
レス電極ラインに提供され、各ラインは順に、アレイ１
２の各画素１８の下に形成され、画素に関連する２つの
アドレス電極２６及び２８のうち１つに接続される。画
素１８は、支持ポスト３４によって、全体として３２で
示すヨークの上に支持され、上に持ち上げられる四角形
ミラー３０を有する。支持ポスト３４は、ミラーの中央
から下方へ伸び、図示するように、そのねじれ軸にそっ
てヨーク３２の中央に取付けられ、ヨーク３２上のミラ
ー３０の質量の中心のバランスをとる。ヨーク３２は、
通常は蝶の形であり、あとで詳細に説明するが、一対の
ねじれヒンジ４０によって中央軸に沿って軸（axially
）支持される。各ねじれヒンジ４０の反対の端はそれ
ぞれヒンジ支持ポスト４４の頂点に定められているヒン
ジ支持ポストキャップ４２に取付けられ、支持される。
一対の高架ミラーアドレス電極５０及び５２は、それぞ
れアドレス支持ポスト５４及び５６によって支持され
る。
【００１８】アドレス支持ポスト５４及び５６、及びヒ
ンジ支持ポスト４４は、アドレス電極５０及び５２、ね
じれヒンジ４０、及びヨーク３２をバイアス／リセット
・バス６０、及び一対の基板レベルアドレス電極パッド
２６及び２８から離して上方に支持する。ミラー３０及
びヨーク３２が共に、ヒンジ４０により定められるヨー
クのねじれ軸の回りを回転するとき、ヨーク３２の撓ん
だ側の一対のヨーク片５８は着地サイト（site）６２に
着地し、バイアス／リセット・バス６０とエンゲージ
（engage）する。
ンジ支持ポスト４４は、アドレス電極５０及び５２、ね
じれヒンジ４０、及びヨーク３２をバイアス／リセット
・バス６０、及び一対の基板レベルアドレス電極パッド
２６及び２８から離して上方に支持する。ミラー３０及
びヨーク３２が共に、ヒンジ４０により定められるヨー
クのねじれ軸の回りを回転するとき、ヨーク３２の撓ん
だ側の一対のヨーク片５８は着地サイト（site）６２に
着地し、バイアス／リセット・バス６０とエンゲージ
（engage）する。
【００１９】図３と共に図２を参照して、本発明の好ま
しい実施例に従った画素１８の利点を詳細に説明する。
ミラー３０及びヨーク３２の回転は、２方向のうち一方
向になされ得、図５に示し後で説明するようなバイステ
イブル状態及びモジュール入射光を達成する。アドレス
電圧が２つのアドレス電極パッド２６又は２８の一方
に、及び関連する電極支持ポスト５４及び５６を介し
て、対応する高架ミラー・アドレス電極５０又は５２の
一方に供給される。このアドレス電圧は、ＣＭＯＳロジ
ック回路と互換性のある５ボルトであり得るが、必要で
あれば他のレベルであっても良い。同時に、＋１５ボル
トのバイアス電圧がバイアス／リセット・バス６０に、
支持ポスト４４、ポストキャップ４２、及びヒンジ４０
を介してヨーク３２に、更に支持３４を介してミラー３
０に供給される。本発明は、図２にハッチングされた領
域で示す２つの場所で対向する表面間に電子静電力を供
給する技術的利点を提供する。これらの電子静電引力
は、図３の７０、７６、８０、及び８２にも示してい
る。
しい実施例に従った画素１８の利点を詳細に説明する。
ミラー３０及びヨーク３２の回転は、２方向のうち一方
向になされ得、図５に示し後で説明するようなバイステ
イブル状態及びモジュール入射光を達成する。アドレス
電圧が２つのアドレス電極パッド２６又は２８の一方
に、及び関連する電極支持ポスト５４及び５６を介し
て、対応する高架ミラー・アドレス電極５０又は５２の
一方に供給される。このアドレス電圧は、ＣＭＯＳロジ
ック回路と互換性のある５ボルトであり得るが、必要で
あれば他のレベルであっても良い。同時に、＋１５ボル
トのバイアス電圧がバイアス／リセット・バス６０に、
支持ポスト４４、ポストキャップ４２、及びヒンジ４０
を介してヨーク３２に、更に支持３４を介してミラー３
０に供給される。本発明は、図２にハッチングされた領
域で示す２つの場所で対向する表面間に電子静電力を供
給する技術的利点を提供する。これらの電子静電引力
は、図３の７０、７６、８０、及び８２にも示してい
る。
【００２０】例示のため、図２及び図３に示されるよう
に、ミラー３０及びヨーク３２が逆時計回りに回転され
る場合、０ボルト電位がアドレスラインＶａ上に供給さ
れ、相補性アドレスラインＶａ上に＋５ボルトが供給さ
れる。その後、＋１５ボルト電位がバイアス／リセット
・バス６０へバイアスラインＶb 上に供給され、ヨーク
３２及びミラー３０上に＋１５ボルト電位を供給する。
２０ボルトの電位差から電子静電引力がアドレス電極２
６及びヨーク３２のこの基板アドレス電極の上の部分の
間に生じ、この力を全体として７０で示す。アドレス電
極２６に懸かるヨーク３２の対応する部分を、ハッチン
グされた部分７４で示す。逆に、ミラーが時計回りに回
転する場合、０ボルト電位が相補性アドレス電極２８に
供給され、７６で引力が生じる。アドレス電極２８に懸
かるヨーク３２の対応する部分をハッチングされた部分
７８で示す。
に、ミラー３０及びヨーク３２が逆時計回りに回転され
る場合、０ボルト電位がアドレスラインＶａ上に供給さ
れ、相補性アドレスラインＶａ上に＋５ボルトが供給さ
れる。その後、＋１５ボルト電位がバイアス／リセット
・バス６０へバイアスラインＶb 上に供給され、ヨーク
３２及びミラー３０上に＋１５ボルト電位を供給する。
２０ボルトの電位差から電子静電引力がアドレス電極２
６及びヨーク３２のこの基板アドレス電極の上の部分の
間に生じ、この力を全体として７０で示す。アドレス電
極２６に懸かるヨーク３２の対応する部分を、ハッチン
グされた部分７４で示す。逆に、ミラーが時計回りに回
転する場合、０ボルト電位が相補性アドレス電極２８に
供給され、７６で引力が生じる。アドレス電極２８に懸
かるヨーク３２の対応する部分をハッチングされた部分
７８で示す。
【００２１】ヨーク３２の半分と下部アドレス電極２６
の間に電子静電引力が生じる一方、図３に８０で示すよ
うな電子静電引力が高架アドレス電極５０とミラー３０
の間にも生じる。この電子静電引力は、８２で示す、高
架アドレス電極５０上に定められるミラー３０の部分の
間に作られる電圧電位によって生じる。アドレス電極５
２上に懸けられるミラー３０の部分を８４で示す。従っ
て、１つのアドレス電極２６又は２８をアドレス指定す
ることによって、対応する高架アドレス電極５０又は５
２にアドレス電圧を順に供給し、電子静電力が７０及び
８０又は７６又は８２で示す２つの場所で生じる。この
０ボルトアドレス電位を２つのアドレス電極２６又は２
８の一方に選択的に供給することにより、バイアス・バ
ス６０に、そして結果的にヨーク３２及びミラー３０に
＋１５ボルト電位が供給されると、ミラー３０及びヨー
ク３２をどちらの方向に回転させるかが決定される。
の間に電子静電引力が生じる一方、図３に８０で示すよ
うな電子静電引力が高架アドレス電極５０とミラー３０
の間にも生じる。この電子静電引力は、８２で示す、高
架アドレス電極５０上に定められるミラー３０の部分の
間に作られる電圧電位によって生じる。アドレス電極５
２上に懸けられるミラー３０の部分を８４で示す。従っ
て、１つのアドレス電極２６又は２８をアドレス指定す
ることによって、対応する高架アドレス電極５０又は５
２にアドレス電圧を順に供給し、電子静電力が７０及び
８０又は７６又は８２で示す２つの場所で生じる。この
０ボルトアドレス電位を２つのアドレス電極２６又は２
８の一方に選択的に供給することにより、バイアス・バ
ス６０に、そして結果的にヨーク３２及びミラー３０に
＋１５ボルト電位が供給されると、ミラー３０及びヨー
ク３２をどちらの方向に回転させるかが決定される。
【００２２】図３において、全体的にヨーク３２と同平
面であり、それぞれ約１ミクロンの距離でアドレス電極
２６及び２８の上方に位置している高架アドレス電極５
０及び５２を示す。高架アドレス電極５０及び５２と上
のミラー３０との距離は、この距離の約倍、つまり約２
ミクロンである。対向する表面間の引力が対向する表面
間の距離の二乗分の一の関数として直接変化するため、
ヨーク３２とアドレス電極２６及び２８の間に生じるユ
ニット領域毎の電子静電引力は、ミラー３０と対応する
高架アドレス電極５０及び５２の間に生じる引力の大き
さの４倍である。ねじれ軸の両側に生じる力は、付加的
であり、共にミラー３０とヨーク３２をアドレス電極の
方向へ回転させる。
面であり、それぞれ約１ミクロンの距離でアドレス電極
２６及び２８の上方に位置している高架アドレス電極５
０及び５２を示す。高架アドレス電極５０及び５２と上
のミラー３０との距離は、この距離の約倍、つまり約２
ミクロンである。対向する表面間の引力が対向する表面
間の距離の二乗分の一の関数として直接変化するため、
ヨーク３２とアドレス電極２６及び２８の間に生じるユ
ニット領域毎の電子静電引力は、ミラー３０と対応する
高架アドレス電極５０及び５２の間に生じる引力の大き
さの４倍である。ねじれ軸の両側に生じる力は、付加的
であり、共にミラー３０とヨーク３２をアドレス電極の
方向へ回転させる。
【００２３】代替実施例において、高架電極５０及び５
２、及び対応する支持ポストはなくてもよい。この実施
例において、ヨーク３２の上のミラー３０の高さは、た
ったの約１ミクロンで、下部電極２６及び２８のディス
タル・ローブ（distal lobe）により強い引力を達成す
る。撓むとき、ミラー３０はアドレス電極２６及び２８
の対応するディスタル・ローブへ向かって回転するが、
まだエンゲージしない。この実施例では、ポスト４４、
ヨーク３２及びミラー３０を有する高架構造物は、すべ
て同じ電位であり、ショートの危険性が回避される。こ
のように、１組の高架電極の限定は意図されない。
２、及び対応する支持ポストはなくてもよい。この実施
例において、ヨーク３２の上のミラー３０の高さは、た
ったの約１ミクロンで、下部電極２６及び２８のディス
タル・ローブ（distal lobe）により強い引力を達成す
る。撓むとき、ミラー３０はアドレス電極２６及び２８
の対応するディスタル・ローブへ向かって回転するが、
まだエンゲージしない。この実施例では、ポスト４４、
ヨーク３２及びミラー３０を有する高架構造物は、すべ
て同じ電位であり、ショートの危険性が回避される。こ
のように、１組の高架電極の限定は意図されない。
【００２４】アドレス・トルク（Ｔａ ）は、ヨーク３
２及びミラー３０と共にアドレス電圧によって生じるト
ルクである。このアドレス・トルクは、同様のアドレス
電圧及びバイアス電位の従来の世代のＤＭＤデバイスで
生じるアドレス・トルクよりずっと大きい。このよう
に、本発明は、バイアス電圧が供給されるとき、ミラー
が適切な方向に回転することを保証する必要のあるアド
レス電圧Ｖａ と電位の間の差として定義される改良さ
れたアドレスマージンを有する。
２及びミラー３０と共にアドレス電圧によって生じるト
ルクである。このアドレス・トルクは、同様のアドレス
電圧及びバイアス電位の従来の世代のＤＭＤデバイスで
生じるアドレス・トルクよりずっと大きい。このよう
に、本発明は、バイアス電圧が供給されるとき、ミラー
が適切な方向に回転することを保証する必要のあるアド
レス電圧Ｖａ と電位の間の差として定義される改良さ
れたアドレスマージンを有する。
【００２５】本発明の画素は、ミラーを反対の状態へ回
転（又はアップセット（upset ））させるに役立つアド
レス電圧がある場合、バイアス電圧によって生じるラッ
チ・トルクの大きさとして定義される増加したラッチ・
トルク（Ｔｌ ）も有する。本発明の別の著しく改良さ
れた性能パラメータは、リセット後にバイアス電圧がオ
フの時間の間、その着地状態のミラーを保持するアドレ
ス電圧の能力の大きさと定義されるアドレス保持トルク
（Ｔｈ ）の増加である。本発明の別の改良された特徴
は、単一パルスのリセットとヒンジの片によってつくら
れる復元力の組合せによって作られる片反応力の大きさ
と定義される復元力（Ｆｒ ）の増加である。
転（又はアップセット（upset ））させるに役立つアド
レス電圧がある場合、バイアス電圧によって生じるラッ
チ・トルクの大きさとして定義される増加したラッチ・
トルク（Ｔｌ ）も有する。本発明の別の著しく改良さ
れた性能パラメータは、リセット後にバイアス電圧がオ
フの時間の間、その着地状態のミラーを保持するアドレ
ス電圧の能力の大きさと定義されるアドレス保持トルク
（Ｔｈ ）の増加である。本発明の別の改良された特徴
は、単一パルスのリセットとヒンジの片によってつくら
れる復元力の組合せによって作られる片反応力の大きさ
と定義される復元力（Ｆｒ ）の増加である。
【００２６】これらの４つすべての性能パラメータは、
下部アドレス電極を有する電子静電力を生じさせるヨー
ク３２を、高架ミラーと高架アドレス電極との間に生じ
る電子静電引力と共に用いる設計により、本発明によっ
て実質的に前の世代のＤＭＤデバイスより改良された。
アドレス電極上の回転可能なヨークと実質的にその上の
対向する表面領域との近接により、上述のすべての性能
パラメータが著しく増加し、ＤＭＤデバイスの電子機械
的効率を向上させる。特に、ヒンジの堅さ（stiffness
）を変えることなく、前の世代のデバイスより１．８
倍高いアドレス・トルクが達成される。ラッチ・トルク
は、従来のＤＭＤデバイスの２．６倍に改良される。生
じる復元力は前の世代のＤＭＤデバイスの８．８倍に増
加される。すべての改良された性能パラメータにおい
て、本発明の製造工程は、後に説明するが、前の世代の
デバイスとほぼ同じであり、そのため前の世代のデバイ
スを超える“今までになかった”利点を提供する。
下部アドレス電極を有する電子静電力を生じさせるヨー
ク３２を、高架ミラーと高架アドレス電極との間に生じ
る電子静電引力と共に用いる設計により、本発明によっ
て実質的に前の世代のＤＭＤデバイスより改良された。
アドレス電極上の回転可能なヨークと実質的にその上の
対向する表面領域との近接により、上述のすべての性能
パラメータが著しく増加し、ＤＭＤデバイスの電子機械
的効率を向上させる。特に、ヒンジの堅さ（stiffness
）を変えることなく、前の世代のデバイスより１．８
倍高いアドレス・トルクが達成される。ラッチ・トルク
は、従来のＤＭＤデバイスの２．６倍に改良される。生
じる復元力は前の世代のＤＭＤデバイスの８．８倍に増
加される。すべての改良された性能パラメータにおい
て、本発明の製造工程は、後に説明するが、前の世代の
デバイスとほぼ同じであり、そのため前の世代のデバイ
スを超える“今までになかった”利点を提供する。
【００２７】本発明のＤＭＤデバイスは、前述のよう
に、空間光変調器の操作に重要な、より大きなマージ
ン、アドレス・アップセットに対するより低い感知度、
より低いリセット電圧要求、より高いスイッチスピード
を含む。本発明の設計において、アドレス・マージン及
びラッチ・マージンを改良するために必要であれば、よ
り堅いヒンジの、非線形ヒンジを組込むこともできる。
に、空間光変調器の操作に重要な、より大きなマージ
ン、アドレス・アップセットに対するより低い感知度、
より低いリセット電圧要求、より高いスイッチスピード
を含む。本発明の設計において、アドレス・マージン及
びラッチ・マージンを改良するために必要であれば、よ
り堅いヒンジの、非線形ヒンジを組込むこともできる。
【００２８】ファン・デル・ワールスの力による膠着の
可能性を減らすため、着地電極６０、特にヨーク３２の
片５８からの接触点に対応する領域６２、は不活性化さ
れ得る。着地電極を不活性化することにより、ヨーク３
２の付着又は膠着する傾向は減少され得る。膠着化は抑
制力（inhibiting force）であり、ミラーをフラット状
態にリセットするため、又はミラーを反対側に撓ませる
ことのできるバイステイブル状態にスイッチするために
供給される大きなリセット電圧を必要とする。着地電極
を不活性化する方法は、共に譲渡されたHornbeckの米国
特許番号第５，３３１，４５４、発明の名称『ＤＭＤの
低リセット電圧処理』、及び共に譲渡された同時係属中
の米国特許出願番号第０８／２３９，４９７で1994年５
月９日に出願された、発明の名称『マイクロ・メカニカ
ル・デバイスのＰＦＰＥコーティング』に開示されてお
り、参照のためここに引用する。ミラーのリセットを達
成し、ミラーを別のバイステイブル状態の撓みに誘導す
るため、バイアス／リセット・ラインがミラーの共振周
波数に対応する周波数の電圧、典型的に約５ＭＨＺ、で
パルスされ得ることは、共に譲渡された米国特許番号第
５，０９６，２７９、発明の名称『空間光変調器および
その方法』に開示されており、ここに参照のため引用す
る。
可能性を減らすため、着地電極６０、特にヨーク３２の
片５８からの接触点に対応する領域６２、は不活性化さ
れ得る。着地電極を不活性化することにより、ヨーク３
２の付着又は膠着する傾向は減少され得る。膠着化は抑
制力（inhibiting force）であり、ミラーをフラット状
態にリセットするため、又はミラーを反対側に撓ませる
ことのできるバイステイブル状態にスイッチするために
供給される大きなリセット電圧を必要とする。着地電極
を不活性化する方法は、共に譲渡されたHornbeckの米国
特許番号第５，３３１，４５４、発明の名称『ＤＭＤの
低リセット電圧処理』、及び共に譲渡された同時係属中
の米国特許出願番号第０８／２３９，４９７で1994年５
月９日に出願された、発明の名称『マイクロ・メカニカ
ル・デバイスのＰＦＰＥコーティング』に開示されてお
り、参照のためここに引用する。ミラーのリセットを達
成し、ミラーを別のバイステイブル状態の撓みに誘導す
るため、バイアス／リセット・ラインがミラーの共振周
波数に対応する周波数の電圧、典型的に約５ＭＨＺ、で
パルスされ得ることは、共に譲渡された米国特許番号第
５，０９６，２７９、発明の名称『空間光変調器および
その方法』に開示されており、ここに参照のため引用す
る。
【００２９】図４はアレイ１２の３×３アレイ部分の断
面透視図であり、シリコン基板上の金属３層の形成を示
し、この金属３層はアドレス電極及びシリコン基板上の
バイアス／リセット・バスを定める。さらに高架ミラー
アドレス電極、ポストキャップ、及び金属３層上のヨー
ク３２を支持するヒンジも示す。ミラー支持ポストは、
画素のねじれ軸にそって、それぞれのヨークによって支
持されるように示されている。
面透視図であり、シリコン基板上の金属３層の形成を示
し、この金属３層はアドレス電極及びシリコン基板上の
バイアス／リセット・バスを定める。さらに高架ミラー
アドレス電極、ポストキャップ、及び金属３層上のヨー
ク３２を支持するヒンジも示す。ミラー支持ポストは、
画素のねじれ軸にそって、それぞれのヨークによって支
持されるように示されている。
【００３０】図５は光学的な略図であって、入射光は、
ミラーが“オン”状態であるか“オフ”状態であるかに
よって、モジュレートされ２方向の一方に偏向されるよ
うに示されている。ミラー３０がオン状態のとき、入射
光は投射レンズを有する光学系に反射され、前面又は後
面スクリーンプロジェクタの場合、結果的に表示スクリ
ーンにフォーカスされ、電子写真プリンタの場合はフォ
トセンシティブ面上にフォーカスされる。ミラー３０が
オフ状態のとき、入射光は光アブソーバに反射され、暗
視界光学系から離れる。ミラー３０のバイステイブル状
態の間の２０度の回転は反射入射光の４０度スウィング
を成す。このように、本発明は、本発明の空間光変調器
が意図した暗視界光学系システムで使用するのに重要な
高コントラスト率の空間光画像を達成する。
ミラーが“オン”状態であるか“オフ”状態であるかに
よって、モジュレートされ２方向の一方に偏向されるよ
うに示されている。ミラー３０がオン状態のとき、入射
光は投射レンズを有する光学系に反射され、前面又は後
面スクリーンプロジェクタの場合、結果的に表示スクリ
ーンにフォーカスされ、電子写真プリンタの場合はフォ
トセンシティブ面上にフォーカスされる。ミラー３０が
オフ状態のとき、入射光は光アブソーバに反射され、暗
視界光学系から離れる。ミラー３０のバイステイブル状
態の間の２０度の回転は反射入射光の４０度スウィング
を成す。このように、本発明は、本発明の空間光変調器
が意図した暗視界光学系システムで使用するのに重要な
高コントラスト率の空間光画像を達成する。
【００３１】図６及び図７に関し、図２の線Ａ−Ａに沿
ったピクセル１８の断面図を示し、支持ポストは示され
ていない。図６に示すように、ヨーク３２及びミラー３
０が非偏向（フラット）状態であり、ヨーク３２は全体
的に高架アドレス電極５０及び５２と同平面であり、ア
ドレス電極２６及び２８、及びリセット／バイアス６０
を含む金属３層上に約１ミクロンの距離にある。ミラー
３０は一対の高架アドレス電極５０及び５２上に、基板
６４からヨークを離している距離の約２倍である、約２
ミクロン上に持ち上げられる。
ったピクセル１８の断面図を示し、支持ポストは示され
ていない。図６に示すように、ヨーク３２及びミラー３
０が非偏向（フラット）状態であり、ヨーク３２は全体
的に高架アドレス電極５０及び５２と同平面であり、ア
ドレス電極２６及び２８、及びリセット／バイアス６０
を含む金属３層上に約１ミクロンの距離にある。ミラー
３０は一対の高架アドレス電極５０及び５２上に、基板
６４からヨークを離している距離の約２倍である、約２
ミクロン上に持ち上げられる。
【００３２】図７において、図示するように、ヨーク３
２及びミラー３０がアドレス指定され、時計方向に回転
されるとき、ヨーク３２のアドレス指定される半分の一
対の着地片５８はリセット／バイアス・バス６０の部分
６２上に着地する。しかし、それと共に回転する高架ミ
ラー３０は上に位置したままであり、対応する高架アド
レス電極５２から離れている。図示するように、ヨーク
３２のモーメント・アームはねじれ軸のまわりのミラー
３０のモーメント・アームの約半分である。ミラー３０
と比較し着地ヨーク３２の寸法がより短いとスタック・
ミラーをリセットするために必要なトルクを減少する
が、非常に短い着地ヨークを用いるとねじれヒンジ上に
付加圧力を起こし得る。共に譲渡され、同時係属中の特
許出願番号第０８／１７１，３０３で1993年12月21日に
出願された、発明の名称『マルチ・レベル・デジタル・
マイクロミラー・デバイス』の記載を参照すれば上述の
これらの力をより良く理解できる。ヨーク３２は一対の
反対の片５８上に着地し、対称的に設計されているた
め、アドレス電極２６及び２８の大きな領域は、図２に
示すように、ヨーク３２の下に定められ得る。更に、ヨ
ークと着地電極の部分６２の間の膠着力の減少がみられ
るため、ミラーの状態を変化又はリセットするときに供
給されるより低いリセット電圧を必要とする。
２及びミラー３０がアドレス指定され、時計方向に回転
されるとき、ヨーク３２のアドレス指定される半分の一
対の着地片５８はリセット／バイアス・バス６０の部分
６２上に着地する。しかし、それと共に回転する高架ミ
ラー３０は上に位置したままであり、対応する高架アド
レス電極５２から離れている。図示するように、ヨーク
３２のモーメント・アームはねじれ軸のまわりのミラー
３０のモーメント・アームの約半分である。ミラー３０
と比較し着地ヨーク３２の寸法がより短いとスタック・
ミラーをリセットするために必要なトルクを減少する
が、非常に短い着地ヨークを用いるとねじれヒンジ上に
付加圧力を起こし得る。共に譲渡され、同時係属中の特
許出願番号第０８／１７１，３０３で1993年12月21日に
出願された、発明の名称『マルチ・レベル・デジタル・
マイクロミラー・デバイス』の記載を参照すれば上述の
これらの力をより良く理解できる。ヨーク３２は一対の
反対の片５８上に着地し、対称的に設計されているた
め、アドレス電極２６及び２８の大きな領域は、図２に
示すように、ヨーク３２の下に定められ得る。更に、ヨ
ークと着地電極の部分６２の間の膠着力の減少がみられ
るため、ミラーの状態を変化又はリセットするときに供
給されるより低いリセット電圧を必要とする。
【００３３】図８〜１３を参照して、１画素１８を形成
するために行なわれる半導体形成工程の詳しい説明をす
る。測定を目的とするのではなく、説明及び明確化のた
め、各図面は図２の線Ｂ−Ｂに沿った断面図を示す。
するために行なわれる半導体形成工程の詳しい説明をす
る。測定を目的とするのではなく、説明及び明確化のた
め、各図面は図２の線Ｂ−Ｂに沿った断面図を示す。
【００３４】まず、図8 において、シリコン基板６４は
メモリセル１６のアレイ、行アドレス回路２０、及び列
データロード回路３０を含む下部アドレス回路を形成す
るよう処理される。その後、基板６４は保護酸化物層１
０２で覆われる。次に、通常Ｍ３と呼ばれる第３の金属
化層が部分的に処理されたウェハ上にスパッタ・デポジ
ットされ、１０４で表される。この第３の金属化層はパ
ターニングされ、エッチングされ、図２に示すようなア
ドレス電極２６及び２８、及びバイアス／リセット・バ
ス６０を定める。次に、ヒンジ・スペーサ層１０６はア
ドレス回路上にスピン・デポジットされ、好ましくは１
ミクロンの厚さを有するポジ型フォトレジストを有す
る。一対のバイア(via) １１０がフォトレジスト層１０
６を通って開けられ、ヒンジ支持ポストの形成を容易に
し、フォトレジスト層１０６は後続の処理工程の間のフ
ロー及びバブリング（bubbling）を避けるため高温でデ
ィープＵＶ硬化する。
メモリセル１６のアレイ、行アドレス回路２０、及び列
データロード回路３０を含む下部アドレス回路を形成す
るよう処理される。その後、基板６４は保護酸化物層１
０２で覆われる。次に、通常Ｍ３と呼ばれる第３の金属
化層が部分的に処理されたウェハ上にスパッタ・デポジ
ットされ、１０４で表される。この第３の金属化層はパ
ターニングされ、エッチングされ、図２に示すようなア
ドレス電極２６及び２８、及びバイアス／リセット・バ
ス６０を定める。次に、ヒンジ・スペーサ層１０６はア
ドレス回路上にスピン・デポジットされ、好ましくは１
ミクロンの厚さを有するポジ型フォトレジストを有す
る。一対のバイア(via) １１０がフォトレジスト層１０
６を通って開けられ、ヒンジ支持ポストの形成を容易に
し、フォトレジスト層１０６は後続の処理工程の間のフ
ロー及びバブリング（bubbling）を避けるため高温でデ
ィープＵＶ硬化する。
【００３５】図９において、金属化薄膜ヒンジ層１１２
はフォトレジスト層１０６上及びバイア１１０にスパッ
タ・デポジットされる。ヒンジ層１１２は、約500 オン
グストロームの厚さを有することが好ましく、アルミニ
ウム、アルミニウム合金、チタン化タングステン、及び
本発明に適当な他の導電性金属から構成され得る。ヒン
ジ支持ポスト４４は図示したようにこの工程で定義（de
fine）され、バイアス／リセット・バス６０に電気的に
接続される。更にこの工程の間、一対の電極支持ポスト
５４及び５６が定められ、図示していないが、フォトレ
ジスト層１０６に形成される、対応する一対のバイア１
１０に層１１２がスパッタ・デポジットされ、これらの
バイアはバイア１１０が開けられる前述の工程の間に形
成されている。このように、電極支持ポスト及びヒンジ
支持ポストは非常に似ている。フォトレジスト層１０６
の厚さはヒンジ・エアー・ギャップを決定し、そのた
め、それが着地電極とエンゲージするまでのヨーク３２
の角度自由度によりミラー回転角度が決定する。
はフォトレジスト層１０６上及びバイア１１０にスパッ
タ・デポジットされる。ヒンジ層１１２は、約500 オン
グストロームの厚さを有することが好ましく、アルミニ
ウム、アルミニウム合金、チタン化タングステン、及び
本発明に適当な他の導電性金属から構成され得る。ヒン
ジ支持ポスト４４は図示したようにこの工程で定義（de
fine）され、バイアス／リセット・バス６０に電気的に
接続される。更にこの工程の間、一対の電極支持ポスト
５４及び５６が定められ、図示していないが、フォトレ
ジスト層１０６に形成される、対応する一対のバイア１
１０に層１１２がスパッタ・デポジットされ、これらの
バイアはバイア１１０が開けられる前述の工程の間に形
成されている。このように、電極支持ポスト及びヒンジ
支持ポストは非常に似ている。フォトレジスト層１０６
の厚さはヒンジ・エアー・ギャップを決定し、そのた
め、それが着地電極とエンゲージするまでのヨーク３２
の角度自由度によりミラー回転角度が決定する。
【００３６】図１０において、第１酸化マスクがプラズ
マ・デポジットされ、ヒンジ４０の形にパターニングさ
れる。その後、典型的に約３０００オングストロームの
厚さであるアルミニウム合金の厚い金属化層がデポジッ
トされる。第２酸化マスクはプラズマ・デポジットさ
れ、その後ヨーク３２、高架電極５４及び５６、及びヒ
ンジ支持キャップ４２の形にパターニングされる。その
後、薄いヒンジ層１１２及びより厚い金属層は、図示す
るようにアドレス電極５０及び５２、ヒンジ支持キャッ
プ４２及びヒンジ４０を定めるようにエッチングされ
る。これらの構造を定めるために、単一プラズマ・エッ
チが用いられる。２つの酸化物層はエッチ・ストップと
して機能し、それらの下の金属層を保護する。プラズマ
・エッチ工程が終了した後、酸化物エッチ・ストップ
は、薄い金属ヒンジ、より厚い金属支持ポストキャップ
４２、電極５０及び５４から、及び図１０に示すヒンジ
４０から除去される。
マ・デポジットされ、ヒンジ４０の形にパターニングさ
れる。その後、典型的に約３０００オングストロームの
厚さであるアルミニウム合金の厚い金属化層がデポジッ
トされる。第２酸化マスクはプラズマ・デポジットさ
れ、その後ヨーク３２、高架電極５４及び５６、及びヒ
ンジ支持キャップ４２の形にパターニングされる。その
後、薄いヒンジ層１１２及びより厚い金属層は、図示す
るようにアドレス電極５０及び５２、ヒンジ支持キャッ
プ４２及びヒンジ４０を定めるようにエッチングされ
る。これらの構造を定めるために、単一プラズマ・エッ
チが用いられる。２つの酸化物層はエッチ・ストップと
して機能し、それらの下の金属層を保護する。プラズマ
・エッチ工程が終了した後、酸化物エッチ・ストップ
は、薄い金属ヒンジ、より厚い金属支持ポストキャップ
４２、電極５０及び５４から、及び図１０に示すヒンジ
４０から除去される。
【００３７】図１１において、厚いミラー・スペーサ層
１２２はヒンジ、電極、及び支持キャップ上にスピン・
デポジットされ、約２ミクロンの厚さを有するポジ型フ
ォトレジストで構成されることが好ましい。バイア１２
４がフォトレジスト・スペーサ層１２２に開けられ、図
示するように、ヨーク３２上の開口部を提供し、その後
フォトレジスト層１２２はディープＵＶ硬化される。
１２２はヒンジ、電極、及び支持キャップ上にスピン・
デポジットされ、約２ミクロンの厚さを有するポジ型フ
ォトレジストで構成されることが好ましい。バイア１２
４がフォトレジスト・スペーサ層１２２に開けられ、図
示するように、ヨーク３２上の開口部を提供し、その後
フォトレジスト層１２２はディープＵＶ硬化される。
【００３８】図１２において、その後アルミニウム合金
で構成され反射性を有するミラー金属層は、約４０００
オングストロームの厚さにスパッタ・デポジットされ
る。この層はミラー支持ポスト３４とミラー３０の両方
を形成する。その後マスキング酸化物層が、ミラー層上
にプラズマ・デポジットされ、四角ミラーの形にパター
ニングされる。その後、図示するように、ミラー金属層
はプラズマ・エッチングされ、ミラー３０及び支持ポス
ト３４を形成する。マスキング酸化物層は、ウェハがそ
の後処理されダイを得るために切られる間、典型的にそ
の場に残される。図１３において、チップはプラズマ・
エッチング・チェンバに配置され、そこではマスキング
酸化物層と両方のスペーサ層１０６及び１２２がプラズ
マ・エッチングされて取除かれ、ヒンジ４０とヨーク３
２の下にヒンジ・エアー・ギャップを、高架ミラー３０
下にミラー・エアー・ギャップ１３４を残す。
で構成され反射性を有するミラー金属層は、約４０００
オングストロームの厚さにスパッタ・デポジットされ
る。この層はミラー支持ポスト３４とミラー３０の両方
を形成する。その後マスキング酸化物層が、ミラー層上
にプラズマ・デポジットされ、四角ミラーの形にパター
ニングされる。その後、図示するように、ミラー金属層
はプラズマ・エッチングされ、ミラー３０及び支持ポス
ト３４を形成する。マスキング酸化物層は、ウェハがそ
の後処理されダイを得るために切られる間、典型的にそ
の場に残される。図１３において、チップはプラズマ・
エッチング・チェンバに配置され、そこではマスキング
酸化物層と両方のスペーサ層１０６及び１２２がプラズ
マ・エッチングされて取除かれ、ヒンジ４０とヨーク３
２の下にヒンジ・エアー・ギャップを、高架ミラー３０
下にミラー・エアー・ギャップ１３４を残す。
【００３９】図１４は、本発明の代替実施例の分割した
透視図を、全体として２００で示す。画素２００は図１
〜１３で示した画素１８と非常に類似しており、同様の
数字が同様の要素を表す。しかし、図示するように、画
素２００は、ねじれ軸の両側に１つの着地片２０４を有
するように僅かに修正したヨーク２０２を有する。回転
するとき、それが対応する着地電極２０８とエンゲージ
するか着地するまでヨーク２０２の一端２０４は回転す
る。ヨーク２０２は、基板上の金属３層から形成される
一対のアドレスパッド２１０及び２１２のいずれかに実
質的に重なる。電子静電力をつくる対向する表面の対応
する領域はハッチングされた領域２１４、２１６、２１
８及び２２０で示されている。ヒンジ２２２はヒンジポ
スト２２４からヨーク２０２を支持する。高架アドレス
電極２２８及び２３０は、ヨーク２０２と同平面であ
る。
透視図を、全体として２００で示す。画素２００は図１
〜１３で示した画素１８と非常に類似しており、同様の
数字が同様の要素を表す。しかし、図示するように、画
素２００は、ねじれ軸の両側に１つの着地片２０４を有
するように僅かに修正したヨーク２０２を有する。回転
するとき、それが対応する着地電極２０８とエンゲージ
するか着地するまでヨーク２０２の一端２０４は回転す
る。ヨーク２０２は、基板上の金属３層から形成される
一対のアドレスパッド２１０及び２１２のいずれかに実
質的に重なる。電子静電力をつくる対向する表面の対応
する領域はハッチングされた領域２１４、２１６、２１
８及び２２０で示されている。ヒンジ２２２はヒンジポ
スト２２４からヨーク２０２を支持する。高架アドレス
電極２２８及び２３０は、ヨーク２０２と同平面であ
る。
【００４０】図１５において、本発明の更に別の代替実
施例を図３００で示す。画素３００は図（１４の実施例
示す）２００、及び図１〜１３に示す画素１８に非常に
類似しており、同様の数字は同様の要素を表す。図示す
るように画素３００は、図１４の実施例に類似する、ね
じれ軸の両側に提供される１つの着地片も有する。図示
するように、ヨーク３０２はねじれ軸に実質的に平行に
下部アドレス電極の上に伸び、一対のアドレス電極３０
４及び３０６はヨーク３０２の一方の下に提供され、別
の対のアドレス電極３１０，３１２はＸパターンを有す
るバイアス／リセット・バス３２０の別の側上に提供さ
れる。２つのアドレス電極３０４及び３０６は互いに電
気的に結び付き、別の対のアドレス電極３１０及び３１
２は、電気的に結び付いている。アドレス電極の対は、
図示するように、対応する支持ポスト３３６を介して、
高架ミラーアドレス電極３３０及び３３２に接続され
る。電子静電引力の領域は３５０、３５２、３５４、３
５６、３５８及び３６０のハッチングされた領域で表
す。ヒンジ３６２はポスト３６４からヨーク３０２を支
持する。この実施例において、バイアス／リセット・バ
ス６２０はＸ型を有し、図示するように、一対のアドレ
ス電極を二股に分ける。Ｘ型を有するため、バイアス／
リセット・バスは、容易にしかも簡単に基板上の金属３
層の隣接する画素と相互接続ができる。これにより、共
通バイアス／リセット・バスを有する複数の画素行を制
御する望ましいレイアウトが達成され得、スプリット・
リセット技術を促進することは、共に譲渡された米国特
許出願番号第０８／３００，３５６号で1995年２月１６
日に出願された、発明の名称『空間光変調器のための画
素制御回路』に開示されており、参照のためにここに開
示する。ヨーク片の着地サイトは３４０で示すバイアス
／リセット・バスに沿って提供される。
施例を図３００で示す。画素３００は図（１４の実施例
示す）２００、及び図１〜１３に示す画素１８に非常に
類似しており、同様の数字は同様の要素を表す。図示す
るように画素３００は、図１４の実施例に類似する、ね
じれ軸の両側に提供される１つの着地片も有する。図示
するように、ヨーク３０２はねじれ軸に実質的に平行に
下部アドレス電極の上に伸び、一対のアドレス電極３０
４及び３０６はヨーク３０２の一方の下に提供され、別
の対のアドレス電極３１０，３１２はＸパターンを有す
るバイアス／リセット・バス３２０の別の側上に提供さ
れる。２つのアドレス電極３０４及び３０６は互いに電
気的に結び付き、別の対のアドレス電極３１０及び３１
２は、電気的に結び付いている。アドレス電極の対は、
図示するように、対応する支持ポスト３３６を介して、
高架ミラーアドレス電極３３０及び３３２に接続され
る。電子静電引力の領域は３５０、３５２、３５４、３
５６、３５８及び３６０のハッチングされた領域で表
す。ヒンジ３６２はポスト３６４からヨーク３０２を支
持する。この実施例において、バイアス／リセット・バ
ス６２０はＸ型を有し、図示するように、一対のアドレ
ス電極を二股に分ける。Ｘ型を有するため、バイアス／
リセット・バスは、容易にしかも簡単に基板上の金属３
層の隣接する画素と相互接続ができる。これにより、共
通バイアス／リセット・バスを有する複数の画素行を制
御する望ましいレイアウトが達成され得、スプリット・
リセット技術を促進することは、共に譲渡された米国特
許出願番号第０８／３００，３５６号で1995年２月１６
日に出願された、発明の名称『空間光変調器のための画
素制御回路』に開示されており、参照のためにここに開
示する。ヨーク片の着地サイトは３４０で示すバイアス
／リセット・バスに沿って提供される。
【００４１】要約すると、画素ミラーの撓みを誘導す
る、２つの位置で生じる電子静電力を有するＤＭＤ形式
の空間光変調器が開示される。先ず、引力が、ヨークと
下部基板アドレス電極との間に生じる。更に、電子静電
力が高架ミラーと高架アドレス電極の間に生じる。これ
らの電子静電力は付加的であり、従来の世代のＤＭＤデ
バイスを超える改良された性能パラメータを実現する。
ミラーと高架アドレス電極との間のスペースの２分の１
に等しい距離で、ヨークが基板アドレス電極上方に離さ
れるため、ユニット領域毎の引力はミラーと高架アドレ
ス電極との間に生じる力より４倍大きい。本発明の設計
は、より高いアドレス・トルク、より高いラッチ・トル
ク、より高いリセット力、及びより大きなアドレスマー
ジンを達成する。画素はアドレス・アップセットに対す
る感度が低く、より低いリセット電圧を必要とし、共振
リセット及び複数リセットパルスの必要性を減らし得
る。より高いスイッチスピードが達成され、前述の改良
された性能パラメータにより、非線形及びより堅い（st
iff ）なヒンジが実現され得る。画素アレイは基準の工
程から大きく逸脱することなく製造することができる。
このように、従来の世代を超える本発明の空間光変調器
によって達成することのできる改良された性能パラメー
タは、従来の世代を超える“今までになかった”設計で
ある。
る、２つの位置で生じる電子静電力を有するＤＭＤ形式
の空間光変調器が開示される。先ず、引力が、ヨークと
下部基板アドレス電極との間に生じる。更に、電子静電
力が高架ミラーと高架アドレス電極の間に生じる。これ
らの電子静電力は付加的であり、従来の世代のＤＭＤデ
バイスを超える改良された性能パラメータを実現する。
ミラーと高架アドレス電極との間のスペースの２分の１
に等しい距離で、ヨークが基板アドレス電極上方に離さ
れるため、ユニット領域毎の引力はミラーと高架アドレ
ス電極との間に生じる力より４倍大きい。本発明の設計
は、より高いアドレス・トルク、より高いラッチ・トル
ク、より高いリセット力、及びより大きなアドレスマー
ジンを達成する。画素はアドレス・アップセットに対す
る感度が低く、より低いリセット電圧を必要とし、共振
リセット及び複数リセットパルスの必要性を減らし得
る。より高いスイッチスピードが達成され、前述の改良
された性能パラメータにより、非線形及びより堅い（st
iff ）なヒンジが実現され得る。画素アレイは基準の工
程から大きく逸脱することなく製造することができる。
このように、従来の世代を超える本発明の空間光変調器
によって達成することのできる改良された性能パラメー
タは、従来の世代を超える“今までになかった”設計で
ある。
【００４２】本発明は特定の好ましい実施例を参照して
説明されたが、本説明を参照すればこの技術の分野の習
熟者にとって、種々の変形及び修正は明白である。した
がって、添付の特許請求の範囲はあらゆるこれらの変形
及び組合せを包含することを意図する。
説明されたが、本説明を参照すればこの技術の分野の習
熟者にとって、種々の変形及び修正は明白である。した
がって、添付の特許請求の範囲はあらゆるこれらの変形
及び組合せを包含することを意図する。
【００４３】以上の説明に関して更に次の項を開示す
る。 （１） 空間光変調器であって、基板と、前記基板に近
接して提供される第１の部分と、前記基板上に高架され
る第２の部分とを有するアドレス回路と、前記アドレス
回路の第１の部分上に支持されるヨークと、前記ヨーク
に接続され、前記ヨークを支持する少なくとも１つのヒ
ンジであって、前記ヒンジは前記ヨークを撓ませ、前記
ヨーク上に高架され、ヨークによって支持され、前記高
架アドレス回路の第２の部分上に位置付けられる画素と
を含む空間光変調器。 （２） 第１項に記載の空間光変調器であって、ヨーク
軸に沿って前記ヨークを軸支持する一対の前記ヒンジを
有する空間光変調器。 （３） 第１項に記載の空間光変調器であって、前記ヨ
ークは、前記画素及び前記ヨークに重なる前記画素の幅
より狭い幅を有する空間光変調器。 （４） 第２項に記載の空間光変調器であって、前記ヨ
ークは、前記ヨーク軸の両側に一対のヨーク片を有する
空間光変調器。 （５） 第４項に記載の空間光変調器であって、前記ヨ
ークは、蝶の形を有する空間光変調器。 （６） 第１項に記載の空間光変調器であって、第１の
スペーシングは前記ヨークと前記アドレス回路の第１の
部分との間に定められ、第２のスペーシングは前記画素
と前記アドレス回路の第２の部分との間に定められ、前
記第１のスペーシングは前記第２のスペーシングより狭
い空間光変調器。 （７） 第１項に記載の空間光変調器であって、前記ヨ
ークは実質的に前記アドレス回路の第２の部分と同じ平
面である空間光変調器。 （８） 第２項に記載の空間光変調器であって、対向す
る表面領域の第１の対は前記ヨークと前記アドレス回路
の第１の部分との間に定められ、対向する表面領域の第
２の対は前記画素と前記アドレス回路の第２の部分との
間に定められ、前記対向表面領域の第２の対が、前記ヨ
ーク軸からの対向表面領域の前記第１の対より前記ヨー
ク軸からの距離より大きく、横方向へ定められる空間光
変調器。 （９） 第１項に記載の空間光変調器であって、前記基
板上に構成され、前記画素に電気的に接続されるバイア
ス／リセット・バスを更に有する空間光変調器。 （１０） 第１項に記載の空間光変調器であって、前記
ヒンジは、前記ヨークと実質的に同じ平面である空間光
変調器。 （１１） 第１項に記載の空間光変調器であって、前記
アドレス回路に結合される制御回路を更に有し、前記制
御回路は前記アドレス回路の第１の部分及び第２の部分
にアドレスデータを供給し、前記画素を撓ませる空間光
変調器。 （１２） 第２項に記載の空間光変調器であって、前記
アドレス回路に結合される制御回路を更に有し、前記制
御回路は前記アドレス回路の第１の部分のひとつにアド
レスデータを提供し、前記アドレス指定された第１の部
分の方へ前記ヨークを撓ませる空間光変調器。 （１３） 第１項に記載の空間光変調器であって、前記
ヒンジに接続され前記ヒンジを支持する支持ポストを更
に有する空間光変調器。 （１４） 第１項に記載の空間光変調器であって、前記
アドレス回路の第１の部分及び第２の部分は互いに電気
的に接続される空間光変調器。 （１５） 第１項に記載の空間光変調器であって、前記
画素はミラーである空間光変調器。 （１６） 第１５項に記載の空間光変調器であって、前
記ミラーは四角形である空間光変調器。 （１７） 第１６項に記載の空間光変調器であって、前
記ミラーは前記ヒンジに対し４５度でジオメトリックに
配向される空間光変調器。 （１８） 空間光変調器であって、基板と、前記基板に
近接して提供される第１の部分と、前記第１の部分で定
められる平面上にある第２の部分とを有するアドレス回
路と、前記アドレス回路の第１の部分上に支持されるヨ
ークと、前記ヨークに接続され、前記ヨークを支持する
少なくとも１つのヒンジであって、前記ヒンジは前記ヨ
ークを撓ませ、前記ヨーク上に高架され、ヨークによっ
て支持され、前記高架アドレス回路の第２の部分上に位
置付けられる画素とを含む空間光変調器。 （１９） 増加した性能パラメータを有するＤＭＤ型の
空間光変調器１０である。画素ミラー３０がヨーク３２
によって支持され、幾つかの構造体の間に電子静電引力
７０，７６，８０，８２が生じる。まず、高架ミラー３
０と高架アドレス電極５０，５２の間、次に、ヨーク３
２と下部アドレス電極２６，２８の間に生じる。画素３
０は、従来の世代のデバイスに比べ、高アドレス・トル
ク、高ラッチ・トルク、高い復元力、及びより大きなマ
ージンを達成する。基板アドレス電極２６，２８上のヨ
ーク３２の近接により、大きな引力が実現され、画素は
アドレス・アップセットに感度が低く、より小さなリセ
ット電圧を必要とし、スイッチスピードをより早める。
る。 （１） 空間光変調器であって、基板と、前記基板に近
接して提供される第１の部分と、前記基板上に高架され
る第２の部分とを有するアドレス回路と、前記アドレス
回路の第１の部分上に支持されるヨークと、前記ヨーク
に接続され、前記ヨークを支持する少なくとも１つのヒ
ンジであって、前記ヒンジは前記ヨークを撓ませ、前記
ヨーク上に高架され、ヨークによって支持され、前記高
架アドレス回路の第２の部分上に位置付けられる画素と
を含む空間光変調器。 （２） 第１項に記載の空間光変調器であって、ヨーク
軸に沿って前記ヨークを軸支持する一対の前記ヒンジを
有する空間光変調器。 （３） 第１項に記載の空間光変調器であって、前記ヨ
ークは、前記画素及び前記ヨークに重なる前記画素の幅
より狭い幅を有する空間光変調器。 （４） 第２項に記載の空間光変調器であって、前記ヨ
ークは、前記ヨーク軸の両側に一対のヨーク片を有する
空間光変調器。 （５） 第４項に記載の空間光変調器であって、前記ヨ
ークは、蝶の形を有する空間光変調器。 （６） 第１項に記載の空間光変調器であって、第１の
スペーシングは前記ヨークと前記アドレス回路の第１の
部分との間に定められ、第２のスペーシングは前記画素
と前記アドレス回路の第２の部分との間に定められ、前
記第１のスペーシングは前記第２のスペーシングより狭
い空間光変調器。 （７） 第１項に記載の空間光変調器であって、前記ヨ
ークは実質的に前記アドレス回路の第２の部分と同じ平
面である空間光変調器。 （８） 第２項に記載の空間光変調器であって、対向す
る表面領域の第１の対は前記ヨークと前記アドレス回路
の第１の部分との間に定められ、対向する表面領域の第
２の対は前記画素と前記アドレス回路の第２の部分との
間に定められ、前記対向表面領域の第２の対が、前記ヨ
ーク軸からの対向表面領域の前記第１の対より前記ヨー
ク軸からの距離より大きく、横方向へ定められる空間光
変調器。 （９） 第１項に記載の空間光変調器であって、前記基
板上に構成され、前記画素に電気的に接続されるバイア
ス／リセット・バスを更に有する空間光変調器。 （１０） 第１項に記載の空間光変調器であって、前記
ヒンジは、前記ヨークと実質的に同じ平面である空間光
変調器。 （１１） 第１項に記載の空間光変調器であって、前記
アドレス回路に結合される制御回路を更に有し、前記制
御回路は前記アドレス回路の第１の部分及び第２の部分
にアドレスデータを供給し、前記画素を撓ませる空間光
変調器。 （１２） 第２項に記載の空間光変調器であって、前記
アドレス回路に結合される制御回路を更に有し、前記制
御回路は前記アドレス回路の第１の部分のひとつにアド
レスデータを提供し、前記アドレス指定された第１の部
分の方へ前記ヨークを撓ませる空間光変調器。 （１３） 第１項に記載の空間光変調器であって、前記
ヒンジに接続され前記ヒンジを支持する支持ポストを更
に有する空間光変調器。 （１４） 第１項に記載の空間光変調器であって、前記
アドレス回路の第１の部分及び第２の部分は互いに電気
的に接続される空間光変調器。 （１５） 第１項に記載の空間光変調器であって、前記
画素はミラーである空間光変調器。 （１６） 第１５項に記載の空間光変調器であって、前
記ミラーは四角形である空間光変調器。 （１７） 第１６項に記載の空間光変調器であって、前
記ミラーは前記ヒンジに対し４５度でジオメトリックに
配向される空間光変調器。 （１８） 空間光変調器であって、基板と、前記基板に
近接して提供される第１の部分と、前記第１の部分で定
められる平面上にある第２の部分とを有するアドレス回
路と、前記アドレス回路の第１の部分上に支持されるヨ
ークと、前記ヨークに接続され、前記ヨークを支持する
少なくとも１つのヒンジであって、前記ヒンジは前記ヨ
ークを撓ませ、前記ヨーク上に高架され、ヨークによっ
て支持され、前記高架アドレス回路の第２の部分上に位
置付けられる画素とを含む空間光変調器。 （１９） 増加した性能パラメータを有するＤＭＤ型の
空間光変調器１０である。画素ミラー３０がヨーク３２
によって支持され、幾つかの構造体の間に電子静電引力
７０，７６，８０，８２が生じる。まず、高架ミラー３
０と高架アドレス電極５０，５２の間、次に、ヨーク３
２と下部アドレス電極２６，２８の間に生じる。画素３
０は、従来の世代のデバイスに比べ、高アドレス・トル
ク、高ラッチ・トルク、高い復元力、及びより大きなマ
ージンを達成する。基板アドレス電極２６，２８上のヨ
ーク３２の近接により、大きな引力が実現され、画素は
アドレス・アップセットに感度が低く、より小さなリセ
ット電圧を必要とし、スイッチスピードをより早める。
【図１】本発明の好ましい実施例に従った空間光変調器
のブロック図であり、マイクロミラーを有する画素アレ
イを制御する列アドレス及びコラムデータロード回路を
有する。
のブロック図であり、マイクロミラーを有する画素アレ
イを制御する列アドレス及びコラムデータロード回路を
有する。
【図２】図２に示すアレイの１つのＤＭＤ画素の分解透
視図であって、可撓性ヨーク上に形成された高架マイク
ロミラーを有し、ヨークは一対のヒンジによって順に支
持され、ハッチングした領域は高架ミラーと高架アドレ
ス電極の間の電子静電を引付ける（attraction）領域を
図示し、ヨークと下部アドレス電極の間は基板上の金属
３を有する。
視図であって、可撓性ヨーク上に形成された高架マイク
ロミラーを有し、ヨークは一対のヒンジによって順に支
持され、ハッチングした領域は高架ミラーと高架アドレ
ス電極の間の電子静電を引付ける（attraction）領域を
図示し、ヨークと下部アドレス電極の間は基板上の金属
３を有する。
【図３】ミラーと高架アドレス電極との間、及びヨーク
と下部アドレス電極との間の電子静電引力を示し、ヨー
ク及びミラーは、バイアス／リセット・バスに電気的に
接続され、同じ電圧バイアスを有する。
と下部アドレス電極との間の電子静電引力を示し、ヨー
ク及びミラーは、バイアス／リセット・バスに電気的に
接続され、同じ電圧バイアスを有する。
【図４】図１に示すアレイの画素の３×３アレイの断面
図であり、基板レベルアドレス電極及び基板レベルバイ
アス／リセットパターンを限定する金属３層を示すた
め、幾つかのヨーク、高架アドレス電極及びヒンジ支持
ポストが取り除かれ、下部基板レベルアドレス電極の一
部に重なる高架ヨークを示すため高架ミラーの幾つかが
取り除かれて示されている。
図であり、基板レベルアドレス電極及び基板レベルバイ
アス／リセットパターンを限定する金属３層を示すた
め、幾つかのヨーク、高架アドレス電極及びヒンジ支持
ポストが取り除かれ、下部基板レベルアドレス電極の一
部に重なる高架ヨークを示すため高架ミラーの幾つかが
取り除かれて示されている。
【図５】図４に示す画素ミラーが２方向のうち一方に入
射光を偏向させる２つのステイブル偏向状態を示す。
射光を偏向させる２つのステイブル偏向状態を示す。
【図６】高架ミラー・アドレス電極及び基板アドレス電
極上に支持されたヨークを示すためヒンジ軸に沿った図
１のＤＭＤアレイの１画素の断面図。
極上に支持されたヨークを示すためヒンジ軸に沿った図
１のＤＭＤアレイの１画素の断面図。
【図７】図６の様に断面図であり、共に上に支持され１
ステイブル状態に回転されるヨーク及びミラーを有し、
ヨーク片はそれぞれ１対の着地パッド上に着地し、高架
ミラーは高架ミラー・アドレス電極に離れて近接して残
る。
ステイブル状態に回転されるヨーク及びミラーを有し、
ヨーク片はそれぞれ１対の着地パッド上に着地し、高架
ミラーは高架ミラー・アドレス電極に離れて近接して残
る。
【図８】従来のロバスト（robust）半導体処理技術を用
いて図２の画素を形成するために処理される半導体材料
の種々の層を順次示す。
いて図２の画素を形成するために処理される半導体材料
の種々の層を順次示す。
【図９】従来のロバスト（robust）半導体処理技術を用
いて図２の画素を形成するために処理される半導体材料
の種々の層を順次示す。
いて図２の画素を形成するために処理される半導体材料
の種々の層を順次示す。
【図１０】従来のロバスト（robust）半導体処理技術を
用いて図２の画素を形成するために処理される半導体材
料の種々の層を順次示す。
用いて図２の画素を形成するために処理される半導体材
料の種々の層を順次示す。
【図１１】従来のロバスト（robust）半導体処理技術を
用いて図２の画素を形成するために処理される半導体材
料の種々の層を順次示す。
用いて図２の画素を形成するために処理される半導体材
料の種々の層を順次示す。
【図１２】従来のロバスト（robust）半導体処理技術を
用いて図２の画素を形成するために処理される半導体材
料の種々の層を順次示す。
用いて図２の画素を形成するために処理される半導体材
料の種々の層を順次示す。
【図１３】従来のロバスト（robust）半導体処理技術を
用いて図２の画素を形成するために処理される半導体材
料の種々の層を順次示す。
用いて図２の画素を形成するために処理される半導体材
料の種々の層を順次示す。
【図１４】本発明の好ましい実施例の代替例の分割透視
図であって、ヨークはねじれ軸の両側で定められる１つ
の着地片のみを有する。
図であって、ヨークはねじれ軸の両側で定められる１つ
の着地片のみを有する。
【図１５】本発明の好ましい実施例の別の代替例の分割
透視図であって、ヨークはねじれ軸の両側に１つの着地
片を有し、ヨークは下部基板アドレス電極上にねじれ軸
に平行に伸びる。
透視図であって、ヨークはねじれ軸の両側に１つの着地
片を有し、ヨークは下部基板アドレス電極上にねじれ軸
に平行に伸びる。
１０ ＤＭＤ型空間光変調器 ２６，２８ 下部アドレス電極 ３０ 画素ミラー ３２ ヨーク ７０，７６，８０，８２ 電子静電引力 ５０，５２ 高架アドレス電極
Claims (1)
- 【請求項１】 空間光変調器であって、 基板と、 前記基板に近接して提供される第１の部分と、前記基板
上に高架される第２の部分とを有するアドレス回路と、 前記アドレス回路の第１の部分上に支持されるヨーク
と、 前記ヨークに接続され、前記ヨークを支持する少なくと
も１つのヒンジであって、前記ヒンジは前記ヨークを撓
ませ、 前記ヨーク上に高架され、ヨークによって支持され、前
記高架アドレス回路の第２の部分上に位置付けられる画
素とを含む空間光変調器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US424021 | 1995-04-18 | ||
| US08/424,021 US5535047A (en) | 1995-04-18 | 1995-04-18 | Active yoke hidden hinge digital micromirror device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08334709A true JPH08334709A (ja) | 1996-12-17 |
| JP3851679B2 JP3851679B2 (ja) | 2006-11-29 |
Family
ID=23681129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09704196A Expired - Fee Related JP3851679B2 (ja) | 1995-04-18 | 1996-04-18 | 空間光変調器 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5535047A (ja) |
| EP (1) | EP0738910B1 (ja) |
| JP (1) | JP3851679B2 (ja) |
| KR (1) | KR100416679B1 (ja) |
| CN (1) | CN1160218A (ja) |
| CA (1) | CA2173637C (ja) |
| DE (1) | DE69634222T2 (ja) |
| TW (1) | TW295631B (ja) |
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