KR19980069199A - 광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 이의 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 장치는 M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고, 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스, 상기 액티브 매트릭스의 일측 상부에 일측이 접촉되며 타측이 제1 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 형성된 멤브레인, 상기 멤브레인의 상부에 형성된 하부 전극, 상기 하부 전극의 상부에 형성된 변형층, 상기 변형층의 상부에 적층된 상부 전극, 상기 변형층의 일측 상부로부터 상기 드레인 패드까지 수직하게 형성된 비어 컨택(via contact)을 포함하는 액츄에이터, 그리고 상기 상부 전극의 일측 상부 및 인접한 액츄에이터의 상부 전극의 타측 상부에 포스트를 갖는 거울을 포함한다. 상기 장치는 거울이 복수 개의 포스트에 의해 지지되어 있으므로, 거울의 휘어짐이나 하방으로 처짐이 방지되어 광원으로부터 입사되는 광속의 반사각을 일정하게 함과 동시에 반사각을 증가시켜서 광효율을 향상시킬 수 있다.

Description

광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법
본 발명은 AMA(Actuated Mirror Arrays)를 이용한 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수 개의 포스트를 통하여 거울의 초기 휘어짐이나 처짐을 방지함으로써 광원으로부터 입사되는 광속의 반사각을 일정하게 유지함과 동시에 반사각을 증가시켜서 광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
광속을 조정할 수 있는 광로 조절 장치 또는 광 변조기는 광통신, 화상 처리, 그리고 정보 디스플레이 장치 등에 다양하게 응용될 수 있다. 일반적으로 그러한 장치는 광학적 특성에 따라 크게 두 종류로 분류된다.
그 한 종류는 직시형 화상 표시 장치로서 CRT(Cathode Ray Tube) 등이 이에 해당하며, 다른 한 종류는 투사형 화상 표시 장치로서 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : LCD), AMA 또는 DMD(Deformable Mirror Device) 등이 이에 해당한다. 상기 CRT 장치는 화질은 우수하나 화면의 대형화에 따라 장치의 중량과 용적이 증가하고 제조 비용이 상승하게 되는 문제점이 있다. 이에 비하여, 액정 표시 장치(LCD)는 광학적 구조가 간단하여 얇게 형성함으로서 장치의 중량을 가볍게 할 수 있으며 용적을 줄일 수 있는 이점이 있다. 그러나 액정 표시 장치는 광의 편광으로 인하여 1∼2％의 광효율을 가질 정도로 효율이 떨어지고 액정 물질의 응답 속도가 느리며, 그 내부가 과열되기 쉬운 단점이 있다. 따라서, 상기의 문제점을 해결하기 위하여 AMA, 또는 DMD 등의 화상 표시 장치가 개발되었다. 현재, DMD 장치가 5％ 정도의 광효율을 가지는 것에 비하여 AMA는 10％ 이상의 광효율을 가진다.
상기 AMA는 그 내부에 설치된 각각의 거울들이 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하며, 상기 반사된 빛은 슬릿(slit)을 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺도록 광속을 조절할 수 있는 장치이다. 따라서 그 구조와 동작 원리가 간단하며, 액정 표시 장치나 DMD 등에 비해 높은 광효율을 얻을 수 있다. 또한 콘트라스트(contrast)가 향상되어 밝고 선명한 화상을 얻을 수 있다. AMA에 내장된 거울들은 각기 슬릿에 대응하여 배열되어 발생하는 전기장에 의하여 경사지게 된다. 따라서 광원으로부터 입사되는 광속을 소정의 각도로 조절하여, 스크린에 화상을 맺을 수 있도록 한다. 일반적으로 각각의 액츄에이터는 인가되는 전기적인 화상 신호 및 바이어스 신호 전류에 의하여 발생되는 전기장에 따라 변형을 일으킨다.
상기 액츄에이터가 변형을 일으킬 때, 상기 액츄에이터의 상부에 장착된 각각의 거울들이 경사지게 된다. 따라서 상기 경사진 거울들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시킬 수 있게 된다. 상기 각각의 거울들을 구동하는 액츄에이터로서 PZT(Pb(Zr, Ti)O3), 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3) 등의 압전 물질이 이용된다. 또한 PMN(Pb(Mg, Nb)O3) 등의 전왜 물질로서 상기 액츄에이터를 구성할 수 있다.
이러한 박막형 광로 조절 장치는 본 출원인이 1996년 12월 11일 대한민국 특허청에 특허 출원한 특허출원 제96-64440호(발명의 명칭 : 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법)에 개시되어 있다.
도 1은 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 단면도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 상기 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(1) 및 액츄에이터(60)를 포함한다. 내부에 M×N(M, N은 정수)개의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터가 내장되고 일측 표면에 드레인(5)이 형성된 상기 액티브 매트릭스(1)는, 상기 액티브 매트릭스(1) 및 드레인(5)의 상부에 적층된 보호층(10)과 보호층(10)의 상부에 적층된 식각 방지층(15)을 포함한다.
상기 액츄에이터(60)는 상기 식각 방지층(15) 중 아래에 드레인(5)이 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 제1 에어 갭(25)을 개재하여 상기 식각 방지층(15)과 평행하도록 적층된 멤브레인(30), 멤브레인(30)의 상부에 적층된 하부 전극(35), 하부 전극(35)의 상부에 적층된 변형층(40), 변형층(40)의 일측 상부에 적층된 상부 전극(45), 변형층(40)의 타측으로부터 하부 전극(35), 멤브레인(30), 식각 방지층(15) 및 보호층(10)을 통하여 상기 드레인(5)까지 수직하게 형성된 비어 홀(50), 그리고 비어 홀(50) 내에 상기 하부 전극(35)과 드레인(5)이 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 비어 컨택(55)을 포함한다.
또한, 상기 상부 전극(45)의 일측 상단에 접촉되는 지지부를 갖고 제2 에어 갭(70)을 개재하여 상부 전극(45)과 수평하게‘ㄱ’자 형상의 거울(75)이 형성된다.
이하, 상기 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다. 도 2a 내지 도 2f는 도 1에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도 2a를 참조하면, M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 일측 상부에 드레인(5)이 형성된 액티브 매트릭스(1)의 상부에 인 실리케이트 유리(PSG)로 구성된 보호층(passivation layer)(10)을 적층한다. 보호층(10)은 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 보호층(10)은 후속하는 공정으로부터 액티브 매트릭스(1)를 보호한다.
상기 보호층(10)의 상부에는 질화물로 구성된 식각 방지층(15)이 적층된다. 식각 방지층(15)은 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD：LPCVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(15)은 후속하는 식각 공정 동안 보호층(10) 및 액티브 매트릭스(1) 등이 식각되는 것을 방지한다. 식각 방지층(15)의 상부에는 제1 희생층(20)이 적층된다. 제1 희생층(20)은 인(P)의 농도가 높은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD：APCVD) 방법을 이용하여 1．0∼4．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 제1 희생층(20)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(1)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 제1 희생층(20)의 표면을 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 제1 희생층(20) 중 아래에 드레인(5)이 형성되어 있는 부분을 식각하여 상기 식각 방지층(15)의 일부를 노출시킴으로서 액츄에이터(60)의 지지부가 형성될 위치를 만든다.
도 2b를 참조하면, 멤브레인(30)은 상기 노출된 식각 방지층(15)의 상부 및 제1 희생층(20)의 상부에 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께로 적층된다. 상기 멤브레인(30)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 형성된다. 이 때, 저압의 반응 용기 내에서 반응 가스의 비(ratio)를 변화시키면서 상기 멤브레인(30)을 형성하여 멤브레인(30) 내의 응력(stress)을 조절한다. 상기 멤브레인(30)의 상부에는 백금, 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 금속으로 구성된 하부 전극(35)이 적층된다. 하부 전극(35)은 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 외부로부터 인가된 화상 신호 전류는 액티브 매트릭스(1)에 내장된 트랜지스터, 상기 드레인(5) 및 비어 컨택(55)을 통하여 하부 전극(35)에 인가된다.
상기 하부 전극(35)의 상부에는 PZT, 또는 PLZT로 구성된 변형층(40)이 적층된다. 변형층(40)은 졸-겔법을 이용하여 0．1∼ 1．0㎛, 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한 후, 급속 열처리(RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨다. 변형층(40)은 공통 전극인 상부 전극(45)과 신호 전극인 하부 전극(35) 사이에 발생하는 전기장에 의하여 변형을 일으킨다. 상부 전극(45)은 변형층(40)의 일측 상부에 적층된다. 상부 전극(45)은 알루미늄, 또는 백금 등의 전기 전도성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 공통 전극인 상부 전극(45)에는 바이어스 신호 전류가 인가되어 하부 전극(35)과 상부 전극(45) 사이에 전기장이 발생하게 된다.
도 2c를 참조하면, 상기 상부 전극(45)을 소정의 형상으로 패터닝한 후, 변형층(40)의 타측 상부로부터 드레인(5)의 상부까지 변형층(40), 하부 전극(35), 멤브레인(30), 식각 방지층(15) 및 보호층(10)을 순차적으로 식각하여 상기 변형층(40)으로부터 드레인(5)까지 수직하게 비어 홀(50)을 형성한다. 이어서, 텅스텐, 백금, 또는 티타늄 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 드레인(5)과 하부 전극(35)이 전기적으로 연결되도록 비어 컨택(55)을 형성한다. 따라서, 비어 컨택(55)은 상기 비어 홀(50) 내에서 상기 하부 전극(35)으로부터 드레인(5)의 상부까지 수직하게 형성된다. 그러므로, 외부로부터 인가된 화상 신호 전류는 액티브 매트릭스(1)에 내장된 트랜지스터, 드레인(5) 및 비어 컨택(55)을 통하여 하부 전극(10)에 인가된다. 이어서, 백금-탄탈륨(Pt-Ta)을 스퍼터링 방법을 이용하여 액티브 매트릭스(1)의 하단에 증착시켜 저항 컨택(도시하지 않음)을 형성한다. 액티브 매트릭스(1) 상부에 포토 레지스트(도시하지 않음)를 코팅한 후, 후속하는 공통 전극인 상부 전극(45)에 바이어스 신호 전류를 인가하는 동시에 신호 전극인 하부 전극(35)에 화상 신호 전류를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package) 본딩을 대비하여 액티브 매트릭스(1)를 자른다. 이 때, 후속되는 공정을 위하여 액티브 매트릭스(1)를 소정의 정도의 두께까지만 잘라 낸다. 계속하여, TCP 본딩에 요구되는 AMA 패널(panel)의 패드(도시하지 않음)를 노출시키기 위해 AMA 패널의 패드 부위를 건식 식각 방법을 이용하여 식각한다. 계속해서, 상기 변형층(40), 하부 전극(35), 멤브레인(30)을 차례로 패터닝한 후, 제1 희생층(20)을 불산(HF) 증기로 식각하여 제1 에어 갭(25)을 형성함으로서 액츄에이터(60)를 완성한다.
도 2d를 참조하면, 전술한 바와 같이 제1 에어 갭(25)을 형성한 후, 결과물 전면에 제2 희생층(65)을 형성한다. 상기 제2 희생층(65)은 거울(75)의 장착을 용이하게 하고 거울(75)의 수평도를 향상시키는 기능을 수행하며, 거울(75)이 장착된 후에 제거된다. 상기 제2 희생층(65)은 유동성이 좋은 폴리머 등으로 구성된 포토 레지스트를 스핀 코팅 방식으로 형성하며, 상기 제1 에어 갭(25)을 완전히 채우면서 상부 전극(45)을 기준으로 일정한 두께를 갖도록 도포한다. 이와 같이 액츄에이터(60)가 형성된 결과물 전면에 제2 희생층(65)을 도포하게 되면, 제1 에어 갭(25)에 상기 제2 희생층(65)이 채워지면서 평평한 표면을 형성하게 된다.
도 2e를 참조하면, 상기 제2 희생층(65)을 패터닝함으로써, 상기 상부 전극(45)의 일측 상부에 거울(75)이 형성될 지지부를 만든다. 따라서, 상부 전극(45)의 일측 상부가 노출된다. 계속하여, 지지부가 형성된 제2 희생층(65) 및 노출된 상부 전극(45)의 상부에 스퍼터링 공정을 이용하여 반사도가 좋은 알루미늄(Al)이나 은(Ag)을 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께로 증착시켜 거울(75)을 형성한다. 상기 거울(75)은‘ㄱ’자 형상을 가지며, 일측의 지지부가 상기 상부 전극(45)에 접촉되며, 타측이 상부 전극(45)에 평행하게 장착된다.
도 2f를 참조하면, 상기와 같이 거울(75)을 형성한 후, 화소(pixel) 간의 분리를 위하여 상기 제2 희생층(65)을 산소 플라즈마(O2plasma)로 제거하고, 헹굼 및 건조 처리를 수행한다. 그 결과, 거울(75)과 상부 전극(45) 사이에 제2 에어 갭(70)이 형성됨으로써, 상부에 거울(75)이 장착된 완전한 액츄에이터(60)가 완성된다.
상기와 같이 박막형 AMA 소자가 형성된 액티브 매트릭스(1)를 소정의 형상으로 완전히 잘라낸 후, AMA 패널의 패드와 TCP를 연결하여 박막형 AMA 모듈의 제조를 완성한다.
상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 신호 전극인 상기 하부 전극(35)에는 화상 신호 전류가 인가되며, 공통 전극인 상기 상부 전극(45)에는 바이어스 신호 전류가 인가되어, 상부 전극(45)과 하부 전극(35) 사이에 전기장이 발생하게 된다. 이 전기장에 의하여 상부 전극(45)과 하부 전극(35) 사이의 변형층(40)이 변형을 일으키게 되며, 상기 변형층(40)은 발생한 전기장에 대하여 수직한 방향으로 수축하게 된다. 이에 따라, 변형층(40)을 포함하는 액츄에이터(60)가 소정의 각도로 휘어지고, 액츄에이터(60)의 상부 전극(45)의 상부에 장착된 거울(75)은 휘어진 상부 전극(45)에 의해 그 축이 움직여서 경사지게 되어 광원으로부터 입사되는 광속을 반사한다. 상기 거울(75)에 의하여 반사된 광속은 슬릿을 통하여 스크린에 투영됨으로서 화상을 맺게 한다.
그러나, 상기 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 거울이 액츄에이터의 일측 상부에 형성된 하나의 지지부에 의해 'ㄱ' 자 형상으로 지지됨으로 인하여 거울의 지지되지 않은 부분이 휘어지거나 아래로 처지게되어 광원으로부터 입사되는 광속을 반사하는 거울의 반사각이 일정해지지 않는다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 일 목적은 거울의 하부가 하나의 액츄에이터 및 인접한 액츄에이터에 접하도록 복수 개의 포스트를 갖는 거울을 형성함으로써 거울의 수평도를 향상시키고 거울의 반사각을 일정하게 유지함과 동시에 반사각을 증가시킴으로써 광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 출원인의 선행 출원에 기재된 광로 조절 장치의 단면도이다.
도 2a내지 2f는 도 1에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 단면도이다.
도 4a 내지 도 4f는 도 3에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도 5는 도 3에 도시한 장치의 변형된 상태를 나타내는 단면도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
131 : 액티브 매트릭스133 : 드레인 패드
135 : 보호층137 : 식각방지층
139 : 제1 희생층141 : 멤브레인
143 : 하부 전극 145 : 변형층
147 : 상부 전극 149 : 비어 홀
151 : 비어 컨택 153 : 액츄에이터
155 : 제1 에어 갭 157 : 제2 희생층
159 : 제2 에어 갭160 : 지지층
161 : 반사층162 : 거울
163 : 제1 포스트165 : 제2 포스트
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고, 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스;
ⅰ) 상기 액티브 매트릭스의 일측 상부에 일측이 접촉되며 타측이 제1 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 형성된 멤브레인, ⅱ) 상기 멤브레인의 상부에 형성된 하부 전극, ⅲ) 상기 하부 전극의 상부에 형성된 변형층, ⅳ) 상기 변형층의 일측 상부에 적층된 상부 전극, 그리고 ⅴ) 상기 변형층의 타측 상부로부터 상기 드레인 패드까지 수직하게 형성된 비어 컨택(via contact)을 포함하는 액츄에이터; 그리고
상기 상부 전극의 상부 및 인접한 액츄에이터의 상부 전극의 상부에 복수 개의 포스트를 갖는 거울을 포함하는 박막형 광로 조절 장치를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고, 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계;
ⅰ) 상기 액티브 매트릭스의 일측 상부에 일측이 접촉되며 타측이 제1 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 멤브레인을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 멤브레인의 상부에 하부 전극을 형성하는 단계, ⅲ) 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계, ⅳ) 상기 변형층의 일측 상부에 상부 전극을 형성하는 단계, 그리고 ⅴ) 상기 변형층의 타측 상부로부터 상기 드레인 패드까지 수직하게 비어 컨택(via contact)을 형성하는 단계를 포함하는 액츄에이터를 형성하는 단계; 그리고
상기 상부 전극의 상부 및 인접한 액츄에이터의 상부 전극의 상부에 복수 개의 포스트를 갖는 거울을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 신호 전극인 하부 전극에는 화상 신호 전류가 인가되며, 공통 전극인 상부 전극에는 바이어스 신호 전류가 인가되어 상부 전극과 하부 전극 사이에 전기장이 발생하게 된다. 이 전기장에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 적층된 변형층이 변형을 일으키게 되며, 상기 변형층은 발생한 전기장에 대하여 수직한 방향으로 수축하게 된다. 이에 따라, 액츄에이터가 소정의 각도로 경사지게 되며, 액츄에이터의 상부 전극 상에 장착된 거울은 소정의 각도로 경사진 상부 전극에 의해 그 축이 움직여서 경사지게 되어 광원으로부터 입사되는 광속을 반사한다. 거울에 의하여 반사된 광속은 슬릿을 통하여 스크린에 투영되어 화상을 맺게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는, 거울의 하부가 액츄에이터의 상부 전극의 상부 및 인접한 액츄에이터의 상부 전극의 상부에 접하는 복수 개의 포스트를 가지도록 형성되므로, 거울이 하방으로 처지거나 휘어지게 되는 것을 최소화할 수 있다. 이에 의하여, 거울의 수평도를 향상시켜 거울의 반사각을 일정하게 유지할 수 있으며, 반사각을 증가시켜서 광효율을 향상시켜 화상의 화질을 높일 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조로 하여 본 발명의 일 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 단면도를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(131) 및 액츄에이터(153)를 포함한다. 내부에 M×N(M, N은 정수)개의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터가 내장되고 일측 표면에 드레인 패드(drain)(133)가 형성된 상기 액티브 매트릭스(131)는, 상기 액티브 매트릭스(131) 및 드레인 패드(133)의 상부에 적층된 보호층(passivation layer)(135)과 보호층(135)의 상부에 적층된 식각 방지층(etch stop layer)(137)을 포함한다.
상기 액츄에이터(153)는 상기 식각 방지층(137) 중 아래에 드레인 패드(133)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 제1 에어 갭(air gap)(155)을 개재하여 상기 식각 방지층(137)과 평행하도록 적층된 멤브레인(membrane)(141), 멤브레인(141)의 상부에 적층된 하부 전극(bottom electrode)(143), 하부 전극((143)의 상부에 적층된 변형층(active layer)(145), 변형층(145)의 일측 상부에 적층된 상부 전극(top electrode)(147), 변형층(145)의 타측으로부터 하부 전극(143), 멤브레인(141), 식각 방지층(137) 및 보호층(135)을 통하여 상기 드레인 패드(133)까지 수직하게 형성된 비어 홀(via hole)(149), 그리고 비어 홀(149) 내에 상기 하부 전극(143)과 드레인 패드(133)가 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 비어 컨택(via contact)(151)을 포함한다.
또한, 상기 액츄에이터(153)는 상기 상부 전극(147)의 일측 상단 및 인접하는 액츄에이터의 상부 전극의 타측 상단에 접촉되는 복수 개의 포스트를 갖고 제2 에어 갭(159)을 개재하여 상기 상부 전극(147)과 수평하게 형성된 거울(162)을 포함한다. 바람직하게는 상기 거울(162)은 상기 거울을 지지하기 위한 지지층(160) 및 광원으로부터 반사된 광속을 반사하기 위한 반사층(161)을 포함한다. 따라서, 복수 개의 포스트를 포함하는 상기 거울(162) 및 복수 개의 포스트는 일체로 시계 방향으로 90°회전한 'F' 자 형상의 단면을 이루면서 일측 부분이 상기 액츄에이터(153)의 상부 전극(147)의 일측 상부에 접하며, 타측 부분이 인접하는 액츄에이터의 상부 전극의 타측 상부에 접하고, 제2 에어 갭(159)을 개재하여 상기 상부 전극(147)에 대해 수평하게 형성된다.
이하 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 도 4a 내지 도 4f는 도 3에 도시한 장치의 제조 공정도이다. 도 4a 내지 도 4f에 있어서, 도 3과 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 4a를 참조하면, M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 일측 표면에 드레인 패드(133)가 형성된 액티브 매트릭스(131)의 상부에 인 실리케이트 유리(PSG)로 구성된 보호층(passivation layer)(135)을 적층한다. 보호층(135)은 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 보호층(135)은 후속하는 공정으로부터 액티브 매트릭스(131)를 보호한다.
상기 보호층(135)의 상부에는 질화물(nitride)로 구성된 식각 방지층(137)이 적층된다. 식각 방지층(137)은 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD：LPCVD) 방법을 이용하여 0. 1∼1. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(137)은 후속하는 식각 공정 동안 상기 보호층(135) 및 액티브 매트릭스(131) 등이 식각되는 것을 방지한다. 식각 방지층(137)의 상부에는 제1 희생층(sacrificial layer)(139)이 적층된다. 제1 희생층(139)은 인(P)의 농도가 높은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD：APCVD) 방법을 이용하여 1．0∼4．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 제1 희생층(139)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(131)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 제1 희생층(139)의 표면을 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 제1 희생층(139) 중 아래에 드레인 패드(133)가 형성되어 있는 부분을 식각하여 상기 식각 방지층(137)의 일부를 노출시킴으로서 액츄에이터(131)의 포스트가 형성될 위치를 만든다.
도 4b를 참조하면, 멤브레인(141)은 상기 노출된 식각 방지층(137)의 상부 및 제1 희생층(139)의 상부에 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께로 적층된다. 상기 멤브레인(141)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 형성된다. 이 때, 저압의 반응 용기 내에서 반응 가스의 비(ratio)를 변화시키면서 상기 멤브레인(141)을 형성하여 멤브레인(141) 내의 스트레스(stress)를 조절한다. 상기 멤브레인(141)의 상부에는 백금, 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 금속으로 구성된 하부 전극(143)이 적층된다. 하부 전극(143)은 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 신호 전극인 하부 전극(143)에는 외부로부터 인가된 화상 신호 전류가 액티브 매트릭스(131)에 내장된 트랜지스터, 상기 드레인 패드(133) 및 비어 컨택(151)을 통하여 인가된다.
상기 하부 전극(143)의 상부에는 PZT, 또는 PLZT로 구성된 변형층(145)이 적층된다. 변형층(145)은 졸-겔법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛, 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한 후, 급속 열처리(RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨다. 변형층(145)은 공통 전극인 상부 전극(147)과 신호 전극인 하부 전극(143) 사이에 발생하는 전기장에 의하여 변형을 일으킨다. 상부 전극(147)은 변형층(145)의 일측 상부에 적층된다. 상부 전극(147)은 알루미늄, 또는 백금 등의 전기 전도성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 공통 전극인 상부 전극(147)에는 바이어스 신호 전류가 인가되어 하부 전극(143)과 상부 전극(147) 사이에 전기장이 발생하게 된다.
도 4c를 참조하면, 상기 상부 전극(147), 변형층(145) 및 하부 전극(143)을 순차적으로 소정의 픽셀(pixel) 형상으로 패터닝한 후, 변형층(145)의 타측 상부로부터 드레인 패드(133)의 상부까지 변형층(145), 하부 전극(143), 멤브레인(141), 식각 방지층(137) 및 보호층(135)을 차례로 식각하여 상기 변형층(145)으로부터 드레인 패드(133)까지 수직하게 비어 홀(149)을 형성한다. 이어서, 텅스텐, 백금, 또는 티타늄 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 드레인 패드(133)와 하부 전극(143)이 전기적으로 연결되도록 비어 컨택(151)을 형성한다. 따라서, 비어 컨택(151)은 상기 비어 홀(149) 내에서 상기 하부 전극(143)으로부터 드레인 패드(133)의 상부까지 수직하게 형성된다. 그러므로, 외부로부터 인가된 화상 신호 전류는 액티브 매트릭스(131)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(133) 및 비어 컨택(151)을 통하여 하부 전극(143)에 인가된다. 이어서, 크롬(Cr), 구리(Cu), 또는 금(Au) 등의 금속을 스퍼터링 방법, 또는 증착(evaporation) 방법을 이용하여 액티브 매트릭스(131)의 하단에 증착시켜 저항 컨택(ohmic contact)(도시하지 않음)을 형성한다. 액티브 매트릭스(131) 상부에 포토 레지스트(도시하지 않음)를 코팅한 후, 후속하는 공통 전극인 상부 전극(147)에 바이어스 신호 전류를 인가하는 동시에 신호 전극인 하부 전극(143)에 화상 신호 전류를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package) 본딩을 대비하여 액티브 매트릭스(131)를 자른다. 이 때, 후속되는 공정을 위하여 액티브 매트릭스(131)를 소정의 정도의 두께까지만 잘라 낸다. 계속하여, TCP 본딩에 요구되는 AMA 패널(panel)의 패드(도시하지 않음)를 노출시키기 위해 AMA 패널의 패드 부위를 건식 식각 방법을 이용하여 식각한다. 계속해서, 상기 변형층(145), 하부 전극(143), 멤브레인(141)을 차례로 패터닝한 후, 제1 희생층(139)을 불산(HF) 증기로 식각하여 제1 에어 갭(155)을 형성함으로서 액츄에이터(153)를 완성한다.
도 4d를 참조하면, 전술한 바와 같이 제1 에어 갭(155)을 형성한 후, 상기 결과물 전면에 제2 희생층(157)을 형성한다. 상기 제2 희생층(157)은 거울(162)의 장착을 용이하게 하고 거울의 수평도를 향상시키는 기능을 수행하며, 거울이 장착된 후에 제거된다. 바람직하게는, 상기 제2 희생층(157)은 유동성이 좋은 폴리머 등으로 구성된 포토 레지스트를 스핀 코팅(spin coating) 방식으로 형성하며, 상기 제1 에어 갭(155)을 완전히 채우면서 상부 전극(147)을 기준으로 일정한 두께를 갖도록 도포한다. 이와 같이 액츄에이터(153)가 형성된 결과물 전면에 제2 희생층(157)을 도포하게 되면, 제1 에어 갭(155)에 상기 제2 희생층(157)이 채워지면서 평평한 표면을 형성하게 된다.
도 4e를 참조하면, 상기 상부 전극(147)의 일측 상부에 거울(162)을 지지하는 제1 포스트(163)를 만들고, 인접한 액츄에이터의 상부 전극의 상부에 거울(162)을 지지하는 제2 포스트(165)를 만들기 위하여 상기 제2 희생층(157)을 패터닝한다. 따라서, 상부 전극(147)의 일측 상부 및 인접한 액츄에이터의 상부 전극의 일측이 노출된다.
계속하여, 제1 포스트(163)가 형성될 부분, 제2 포스트(165)가 형성될 부분, 및 상기 제2 희생층(157)의 상부에 스퍼터링 공정 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 거울의 지지층(160)을 형성한다. 상기 지지층(160)은 경질의 물질, 예컨대 나이트라이드(nitride) 또는 금속을 사용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께로 증착시켜 형성한다. 상기 지지층(160)은 이후에 형성될 거울(162)이 구동하는 동안 상기 거울을 안정적으로 지지하는 기능을 수행한다. 이어서, 상기 지지층(160)의 상부에 스퍼터링 공정을 이용하여 반사도가 좋은 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)을 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께로 증착시켜 반사층(161)을 형성하여 거울(162)을 완성한다. 바람직하게는, 지지층(160) 및 반사층(161)을 포함하는 상기 거울(162)은 일체로 시계 방향으로 90°회전한 'F' 자 형상을 이루면서 일측 부분이 상기 제1 포스트(163) 및 제2 포스트(165)에 접촉되며, 타측 부분이 제2 에어 갭(159)을 개재하면서 상기 상부 전극(147)에 수평한 평판 형상으로 형성된다.
도 4f를 참조하면, 상기와 같이 거울(162)을 형성한 후, 화소(pixel) 간의 분리를 위하여 상기 제2 희생층(157)을 산소 플라즈마(O2plasma)를 사용하여 제거하고, 헹굼 및 건조 처리를 수행한다. 그 결과, 거울(162)과 상부 전극(147) 사이에 제2 에어 갭(159)이 형성됨으로써, 상부에 거울(162)이 장착된 완전한 액츄에이터(153)가 완성된다.
상기와 같이 박막형 AMA 소자가 형성된 액티브 매트릭스(131)를 소정의 형상으로 완전히 잘라낸 후, AMA 패널의 패드와 TCP를 연결하여 박막형 AMA 모듈의 제조를 완성한다.
본 발명에 따른 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 인가된 화상 신호 전류가 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(133) 및 비어 컨택(151)을 통하여 상기 하부 전극(143)에 인가된다. 동시에 상기 상부 전극(147)에는 공통 전극선(도시되지 않음)을 통하여 바이어스 신호 전류가 인가된다. 따라서, 상기 상부 전극(147)과 상기 하부 전극(143) 사이에 전기장이 발생하게 된다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극(147)과 하부 전극(143) 사이에 형성된 변형층(145)이 변형을 일으킨다. 상기 변형층(145)은 발생된 전기장에 대하여 수직한 방향으로 수축한다. 이에 따라, 변형층(145)을 포함하는 액츄에이터(153)가 소정의 각도로 틸팅(tilting)한다.
상기 변형층(145)의 틸팅 각도의 크기를 θ1이라고 할 때, 상기 변형층(145)을 포함하는 액츄에이터(153)도 θ1크기의 틸팅 각도를 갖고 상방으로 틸팅한다. 거울(162)을 지지하는 제1 포스트(163)는 상기 액츄에이터(153)의 상부 전극(147)의 상부에 형성되어 있으므로 틸팅하는 상부 전극(147)에 의하여 그 축이 움직여서 경사지게 된다. 이 상태에서, 상기 거울(162)은 인접한 액츄에이터의 상부에 형성된 제2 포스트(165)에도 동시에 지지되어 있으므로 상기 거울(162)은 θ2의 틸팅 각도를 갖고 상방으로 틸팅한다. 제1 포스트(163)로부터 상부 전극(147)을 덮는 거울(162)의 일측단 사이의 거울(162)의 길이를 l1이라고 하고, 제1 포스트(163)와 제2 포스트(165) 사이의 거울(162)의 길이를 l2라고 하면, l1= l2일 때에는 θ1= θ2가 된다. 또한, l1l2일 때에는 θ1θ2가 된다. 그리고, l1l2일 때에는 θ1θ2가 된다. 즉, 상기 거울(162)의 제1 포스트(163)와 제2 포스트(165) 사이의 길이가 짧을수록 거울(162)의 틸팅 각도는 더 크게 된다. 액츄에이터(153)의 상부에 장착된 거울(162)은 휘어진 상부 전극(147)에 의해 그 축이 움직여서 경사지게 되어 광원으로부터 입사되는 광속을 반사한다. 상기 거울(162)에 의하여 반사된 광속은 슬릿을 통하여 스크린에 투영됨으로써 화상을 맺게 된다.
이와 같이, 지지층(160) 및 반사층(161)으로 구성된 거울(162)이 제1 포스트(163) 및 제2 포스트(165)의 2개의 포스트에 의해 지지되어 있으므로, 거울의 휘어짐이나 하방으로 처짐이 방지되어 광원으로부터 입사되는 광속의 반사각을 일정하게 할 수 있다.
더욱이, 거울(162)의 제1 포스트(163)와 제2 포스트(165) 사이의 길이를 짧게 함으로써, AMA 모듈 크기가 소형화된다고 하더라도 제한된 면적 내에서도 거울의 틸팅 각도를 증가시킬 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는, 거울의 일측 하부가 복수 개의 포스트를 통하여 액츄에이터의 상부 전극의 상부 및 인접한 액츄에이터의 상부 전극의 상부에 접하고, 타측은 상기 상부 전극에 수평하게 형성됨으로써, 상기 거울은 휘어짐이나 하방으로 처짐이 없이 수평하게 형성된다. 따라서, 거울의 수평도를 향상시켜 거울의 반사각을 일정하게 유지할 수 있다. 또한, 거울의 복수 개의 포스트들 사이의 길이를 짧게 함으로써, 거울의 반사각을 증가시킬 수 있으므로 광원으로부터 입사되는 광속의 광효율을 향상시켜 고화질을 갖는 화상을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고, 일측 상부에 드레인 패드(133)가 형성된 액티브 매트릭스(131);
    ⅰ) 상기 액티브 매트릭스(131)의 일측 상부에 일측이 접촉되며 타측이 제1 에어 갭(155)을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 형성된 멤브레인(141), ⅱ) 상기 멤브레인(141)의 상부에 형성된 하부 전극(143), ⅲ) 상기 하부 전극(143)의 상부에 형성된 변형층(145), ⅳ) 상기 변형층의 일측 상부에 적층된 상부 전극(147), 그리고 ⅴ) 상기 변형층의 타측 상부로부터 상기 드레인 패드(133)까지 수직하게 형성된 비어 컨택(via contact)(151)을 포함하는 액츄에이터; 그리고
    상기 상부 전극(147)의 상부 및 인접한 액츄에이터의 상부 전극의 상부에 복수 개의 포스트를 갖는 거울(162)을 포함하는 박막형 광로 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액티브 매트릭스(131)는 상기 액티브 매트릭스(131) 및 상기 드레인 패드(133)의 상부에 형성된 보호층(135) 및 상기 보호층(135)의 상부에 형성된 식각 방지층(137)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 거울(162)은 상기 액츄에이터(153)의 상부 전극(147)의 일측 상부에 접하는 제1 포스트(163) 및 인접한 액츄에이터의 상부 전극의 일측 상부에 접하는 제2 포스트(165)를 더 포함하며, 상기 거울(162), 상기 제1 포스트(163) 및 상기 제2 포스트(165)의 단면이 일체로 'F' 자 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 포스트(163)와 상기 제2 포스트(165) 사이의 상기 거울(162)의 길이가 상기 제1 포스트(163)로부터 상기 거울(162)의 나머지 부분 사이의 상기 거울(162)의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 거울(162)은 상기 복수 개의 포스트의 상부에 형성된 지지층(160) 및 반사층(161)을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  6. M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고, 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계;
    ⅰ) 상기 액티브 매트릭스의 일측 상부에 일측이 접촉되며 타측이 제1 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 멤브레인을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 멤브레인의 상부에 하부 전극을 형성하는 단계, ⅲ) 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계, ⅳ) 상기 변형층의 일측 상부에 상부 전극을 형성하는 단계, 그리고 ⅴ) 상기 변형층의 타측 상부로부터 상기 드레인 패드까지 수직하게 비어 컨택(via contact)을 형성하는 단계를 포함하는 액츄에이터를 형성하는 단계; 그리고
    상기 상부 전극의 상부 및 인접한 액츄에이터의 상부 전극의 상부에 복수 개의 포스트를 갖는 거울을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 액티브 매트릭스를 제공하는 단계는 상기 액티브 매트릭스 및 상기 드레인 패드의 상부에 보호층을 형성하는 단계 및 상기 보호층의 상부에 식각 방지층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 멤브레인을 형성하는 단계는 저압 화학 기상 증착 공정을 이용하여 상기 제1 희생층의 상부에 질화물을 적층시켜 수행되고, 상기 하부전극을 형성하는 단계는 스퍼터링 공정을 이용하여 상기 멤브레인의 상부에 탄탈륨(Ta), 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta)을 적층시켜 수행되며, 상기 변형층을 형성하는 단계는 졸-겔(sol-gel)법을 이용하여 상기 하부전극의 상부에 압전 물질을 증착시킨 후 열처리하여 수행되며, 상기 상부전극을 형성하는 단계는 스퍼터링 공정을 이용하여 알루미늄(Al), 또는 은(Ag)을 증착시켜 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 거울을 형성하는 단계는, 상기 포스트의 상부에 경질의 물질을 사용하여 지지층을 형성하는 단계 및 반사성을 갖는 물질을 사용하여 반사층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 지지층을 형성하는 단계는 나이트라이드(nitride) 또는 금속을 사용하여 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 수행하며, 상기 반사층을 형성하는 단계는 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)을 사용하여 스퍼터링 방법을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
KR1019970006131A 1997-02-27 1997-02-27 광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절장치 및 그 제조 방법 KR19980069199A (ko)

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