KR0150541B1

KR0150541B1 - 광로조절장치와 그 제조방법

Info

Publication number: KR0150541B1
Application number: KR1019950007398A
Authority: KR
Inventors: 김명진
Original assignee: 배순훈; 대우전자주식회사
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1995-03-31
Publication date: 1998-10-15
Also published as: KR960036629A; JPH08278457A; US5696620A

Abstract

본 발명은 광로조절장치와 그 제조방법에 관한 것으로, 다수의 화소구동트랜지스터소자가 매트릭스 어레이 형태로 내재됨과 더불어 표면에 각 트랜지스터와 전기적으로 접속된 신호전극패드(12)를 갖춘 액티브 매트릭스기판(10)과, 그 액티브 매트릭스기판(10)상에서 상기 신호전극패드(12)와 대응하도록 형성된 멤브레인(24), 하부전극(26), 변형부재(28) 및 상부전극 (30)을 포함하는 구동부(20a)와 그 구동부(20a)와 일정한 단차를 갖고서 연장형성된 멤브레인(24)과 상부전극(30)에 의해 정의되는 반사부(20b)를 갖추어 구성된 광로조절장치에서 상기 멤브레인(24)의 하층에 작동환경의 온도에 대한 보상을 위해 온도보상층(36)이 더 형성되고, 상기 온도보상층(36)은 상기 상부전극(30)과 동일 또는 유사한 열팽창계수를 갖는 재료인 알루미늄 또는 금으로 형성되어, 다층막 구조를 갖는 액츄에이터에서 반사부(20b)의 멤브레인(24)의 하층에 최상층의 상부전극(30)과 동일하거나 유사한 열팽창계수를 갖는 온도보상층(30)을 형성해서 구조적으로 대칭되도록 함으로써 작동환경의 온도상승시에도 캔틸레버의 처짐현상이 최소화되도록 한 것이다.

Description

광로조절장치와 그 제조방법

제1도는 종래의 일예에 따른 광로조절장치의 구조를 설명하는 단면도

제2도는 본 발명에 따른 광로조절장치의 구조를 설명하는 단면도.

제3도(a) 내지 (b)는 본 발명에 따른 광로조절장치의 제조방법을 설명하는 공정도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 액티브 매트릭스기판 12 : 신호전극패드

20 : 액츄에이터 20a : 구동부

20b : 반사부 22 : 지지부재

24 : 멤브레인 26 : 하부전극

28 : 변형부재 30 : 상부전극

32 : 플러그 34 : 희생막

36 : 온도보상층 42 : 소자분리 간극

본 발명은 광로조절장치와 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 투사형 화상표시시스템에 채용가능하면서 다층막 구조의 구동부와 반사부를 갖춘 액츄에이터에서 작동환경의 온도상승시 각 층의 열팽창율의 차에 의한 캔틸레버(Cantilever)의 변형을 보장해줌으로써 안정한 광반사작용이 확보되도록 한 광로조절장치와 그 제조방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 화사표시장치로서는 CRT장치로서 대표되는 직시형 표사장치와 LCD장치로서 대표되는 투사형 표시장치로 대별되고, 그 중 직시형 표시장치인 CRT장치는 형광패널상에 형상된 R·G·B 형광점상에 전자비임이 집광되는 경우 해당하는 형광점이 발광되어 컬러화상의 표시가 가능하게 되지만, 그러한 CRT장치에서는 하나의 화소에 대해 R·G·B형광점이 형성되어야만 되므로, 화면의 대형화에 제한을 받게 될 뿐만 아니라 제조공정이 복잡하여 제조단가도 상승된다.

이에 대해, 투사형 표시장치인 LCD장치에서는 액정의 균일한 배열상태를 화상신호에 대응하는 전압을 액정구동전압으로 인가줌으로써 편광판에 의해 액정의 배열방향을 조절하여 목표로하는 화상의 표시를 행하게 되므로 비교적 경량박형화(輕量薄形化)가 가능하지만, 그러한 LCD장치에서는 전체의 입사광량에 대한 투광량을 조절하기 위한 편광판에 의해 광손실이 증대되는 불리함이 초래된다.

이러한 점을 고려하여, 최근에는 미합중국 Aura사에 의해 AMA(Actuated mi rror array)를 사용하는 투사형 화상표시장치가 제안된 상태인바, 그 AMA를 사용하는 화상표시장치는 AMA를 1차원으로 배열한 상태에서 스캐닝 미러(Scanning mirrir)를 이용하여 M ⅹ 1개의 광속을 선주사시키는 1차원 구조, 또는 MⅹN개의 광속을 투사시켜 M ⅹ N화소의 어레이를 갖는 영상을 나타내는 2차원 구조로 구성된다.

제1도는 종래의 일예에 따른 투사형 화상표시장치에 적용되는 AMA의 광로조절장치를 설명하는 단면도로서, 참조부호10은 1차원 또는 2차원 구조의 AMA를 구동하기 위해 예컨대 구동대상의 화소의 수에 대응하는 수량의 예컨데 MOS트랜지스터로 이루어진 화소구동소자가 매트릭스 어레이형태로 내장된 액티브 매트릭스기판을 나타내고, 그 액티브 매트릭스기판(10)상에는 AMA의 액츄에이터를 구동하기 위한 신호를 인가하기 위해 화소구동소자 어레이에서 도출되는 다수의 신호전극패드(12)가 형성된다.

또, 20은 그 액티브 매트릭스기판(10)의 신호전극패드(12)에 대응하게 접속되어 광로를 조절하기 위한 구동부(20a)와 반사부(20b)로 이루어진 액츄에이터를 나타내는 바, 그 액츄에이터(20)의 구동부(20a)는 상기 액티브 매트릭스기판(10)의 신호전극패드(12)를 에워싸도록 형성된 지지부재(22)와, 그 지지부재(22)상에서 일정한 길이로 연장되도록 예컨대 Si₃N₄로 형성되는 멤브레인(24), 그 멤브레인(24)의 상측에 예컨대 백금(Pt)에 의한 하부전극(26)과 압전재료(PZT)로 형성된 변형부재(28) 및 예컨대 알루미늄으로 형성된 상부전극(30)을 갖추어 구성된다.

또, 상기 신호전극(12)과 상기 하부전극(26)의 사이는 그 신호전극패드(12)로부터 상기 지지부재(22)를 관통하여 연장되는 플러그(32)에 의해 전기적으로 접속되어 신호전극패드(12)상에 나타나는 상기 화소구동소자로부터의 구동전압이 상기 하부전극(26)에 전달됨에 따라 그 액츄에이터(20)의 구동부(20a)의 기울기가 결정되어 반사부(20a)에서 상기 상부전극(30)에 입사되는 광을 반사시켜 광의 경로조절이 가능하게 된다.

그리고, 액츄에이터(20)의 반사부(20b)는 구동부(20a)를 구성하는 상부전극과(30)과 멤브레인(24)으로 구성되어 상기 구동부(20a)의 구동각도에 따라 입사광을 반사하게 되는 데, 제 1도에 예시된 구조에 따르면 그 반사부(20b)는 구동부(20a)에 대해 일정한 레벨의 단차를 갖고서 연장되어 형성된다.

또, 상기 액츄에이터(20)에서 구동부(20a)와 반사부(20b)의 경계부(즉, 단차부분)에는 상기 구동부(20a)와 반사부(20b)의 형성시 하부전극(26)과 상부전극(30) 사이의 전기적인 절연을 위해 절역막(33)이 형성된다.

여기서, 상기 액츄에이터(20)의 다층막구조를 이루는 멤브레인(24)이 산화물 (즉, Si₃N₄)로, 상기 하부전극(26)이 백금으로, 상부전극(30)이 알루미늄으로, 상기 변형부재(28)가 압전재료(PZT)로 형성되는 경우, 알루미늄의 열팽창계수(α_A1)는 70 10^-6/K이고, 압전재료의 열팽창계수(α_PZT)는 5×10^-6/K이며, 백금의 열평창계수(α_Pt)는 8.9 × 10^-6/K 이고, 산화물의 열팽창 계수(α_siN)는 2.5×10^-6/K이다.

따라서, 그러한 제 1도에 도시된 액츄에이터(20)에 따르면, 액티브 매트릭스기판(10)의 신호전극패드(12)에서 액츄에이터구동전압이 플러그(32)를 매개하여 하부전극(26)에 인가되는 경우, 그 하부전극(26)을 포함하는 구동부(20a)가 일정한 각도, 즉 상기 신호전극패드(12)에 인가되는 신호전압의 세기에 대응하는 정도로 휘어져서 반사부(20b)에서 입사광의 반사가 행해지게 되지만, 그 액츄에이터(20)의 구조상 상호 열팽창계수가 다른 층이 다층으로 적층되기 때문에 예컨대 작동환경의 온도가 상승되는 경우에는 각 층의 상호 다른 열팽창율에 의해 반사부(20b)를 포함하는 캔틸레버(Cantilever)의 부분이 하향 처짐현상에 직면하게 된다.

통상적으로, 반사부(20b)에 대해서는 반사효율이 양호하면서 적정한 평탄도가 요구되기 때문에 그 반사부(20b)를 포함하는 캔틸레버의 하향 처짐의 초래시에는 반사부(20b)에 영향을 주게 되어 반사광의 조절이 불균일하게 되고, 그에 따라 최종적인 화상의 표시가 불안정하게 되는 등의 문제가 초래된다.

따라서, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주 목적은 다층막구조의 액츄에이터에서 최상층을 형성하는 재료와 유사하거나 동일한 열팽창계수를 갖는 온도보상층을 캔탤레버의 최저층으로서 추가로 형성하여 온도상승시 최상층과 그 온도보상층에 의해 구조적인 대칭이 확보되도록 함으로써 작동환경의 온도상승시 캔틸레버의 하향처짐이 최소화되는 광로조절 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 다층막구조의 액츄에이터에서 최상층을 형성하는 재료와 유사하거나 동일한 열팽창계수를 갖는 온도보상층을 캔틸레버의 최저층으로서 추가로 형성하여 광반사를 위한 경사작용에 관련해서 그 작용환경의 온도상승시 최상층과 그 온도보상층에 의해 구조적인 대칭이 확보되도록 함으로써 작동환경의 온도상승시 캔틸레버의 하향처짐이 최소화되는 광로조절장치의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면 다수의 화소구동 트랜지스터소자가 매트릭스 어레이형태로 내재됨과 더불어 표면에 각 트랜지스터와 전기적으로 접속된 다수의 신호전극패드를 갖춘 액티브 매트릭스기판과, 그 액티브 매트릭스상에서 상기 신호전극패드와 대응하도록 형성된 멤브레인, 하부전극, 변형부재 및 상부전극을 포함하는 구동부와그 구동부와 일정한 단차를 갖고서 연장형성되어 멤브레인과 상부전극에 의해 정의되는 반사부를 갖추어 구성된 광로조절장치에서 상기 멤브레인의 하층에 작동환경의 온도에 대한 보상을 위해 온도보상층이 더 형성된 광로조절장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 온도보상층은 상기 상부전극과 동일하거나 유사한 열팽창계수를 갖는 재료, 바람직하게는 알루미늄 또는 금으로 형성된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시양태에 따르면, 다수의 화소구동 트랜지스터소자가 매트릭스 어레이형테로 내재됨과 더불어 표면상에 그 트랜지스터와 전기적으로 접속된 신호전극패드를 갖춘 액티브 매트릭스기판사에 희생막을 형성하는 단계와, 그 희생막에 작동환경의 온도보상을 위한 온도보상층을 형성하고나서 소정의 패터닝으로 에칭제거하는 단계, 상기 신호전극패드의 상측에서 그 신호전극패드가 노출되도록 희생막을 제거하여 지지부재를 형성하는 단계, 그 지지부재와 상기 온도보상층상에 멤브레인층과 하부전극, 변형부재를 순차적으로 적층하여 구동부를 형성하는 단계, 상기 구동부에서 일정한 거리로 유지되는 멤브레인상의 변형부재와 하부전극의 일부를 제거하여 상기 구동부와 일정한 단차를 갖는 반사부를 정의하는 단계, 상기 구동부와 상기 반사부의 경계부분에 절연막을 패터닝하여 형성하는 단계, 상기 구동부의 변형부재와 상기 정의된 반사부의 멤브레인상에 상부전극을 형성하는 단계, 인접한 액츄에이터소자와의 분리를 행하여 희생막을 제거는 단계로 이루어진 광로조절장치의 제조방법이 제공된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 광로조절장치와 그 제조방법에 의하면, 다층막 구조를 갖는 액츄에이터에서 반사부의 멤브레인 하층에 최상층의 상부전극과 동일하거나 유사한 열팽창계수를 갖는 온도보상층을 형성해서 구조적으로 대칭되도록 함으로써 작동환경의 온도상승시에도 캔틸레버의 차짐현상이 최소화될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 예에 대해 제1도에 표시된 광로조절장치와 동일한 구성요소에 대해 동일한 참조부호가 표기된 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

제2도는 본 발명의 바람직한 예에 따른 광로조절장치의 구조를 설명하는 단면도로서, 액티브 매트릭스기판(10)상에는 AMA의 액츄에이터를 구동하기 위한 신호를 인가하기 위해 액티브 매트릭스기판(10)의 트랜지스터 어레이에서 도출되는 다수의 신호전극패드(12)가 형성된다. 또, 액츄에이터(20)의 구동부(20a)는 상기 액티브 매트릭스기판(10)의 신호전극패드(12)를 에워싸도록 형성된 지지부재(22)와, 그 지지부재(22)상에서 일정한 길이로 연장되어 캔틸레버 구조를 형성하도록 예컨대 Si₃N₄로 형성되는 멤브레인(24), 그 멤브레인(24)의 상측에 예컨대 백금(Pt)으로 형성된 하부전극(26)과 압전재료(PZT)로 형성된 변형부재(28) 및 예컨대 알루미늄(A1)으로 형성된 상부전극(30)을 갖추어 구성된다.

또, 상기 신호전극(12)과 상기 하부전극(26)의 사이는 그 신호전극패드(12)로부터 상기 지지부재(22)를 관통하여 연장되는 플러그(32)에 의해 전기적으로 접속되어 신호전극패드(12)상에 나타나는 상기 트랜지스터의 의한 구동전압이 상기 하부전극(26)에 전달됨에 따라 그 액츄에이터(20)의 기울기가 결정되어 상기 상부전극(30)에 입사되는 광의 경로조절을 행하게 된다.

그리고, 액츄에이터(20)의 반사부(20b)는 구동부(20a)를 구성하는 상부전극(30)과 멤브레인(24)으로 정의되고, 구동부(20a)에 대해 일정한 레벨의 단차를 갖고서 연장되어 형성된다.

또, 상기 구동부(20a)와 반사부(20b)의 사이에는 그 단차부분에서 상호전도성 재료로 형성되는 상부전극(30)과 하부전극(26)의 전기적인 절연을 위해 절연막(33)이 정의된다.

더욱이, 본 발명의 바람직한 예에 따른면, 상기 반사부(20b)의 멤브레인(24)의 하층에는 해당 광로조절장치의 작동환경에서 온도가 상승되는 경우그 반사부(20b)를 포함하는 캔틸레버의 하향처짐현상을 완하시켜 주기 위한 온도보상층(36)이 형성된다. 그 온도보상층(36)은 바람직하게 상기 최상층으로서의 상부전극(30)과 동일하거나 유사한 열팽창계수를 갖는 재료가 적용된다. 즉, 상기 상부전극(30)이 알루미늄으로 형성되는 경우에 그 온도보상층(36)은 알루미늄 또는 금으로 형성된다.

따라서, 제 2도에 도시된 본 발명에 따른 광로조절장치에 의하면, 반사부(20b)의 멤브레인(24)의 하층으로서 최상층인 상부전극(30)과 동일하거나 유사한 열팽창계수를 갖는 온도보상층(36)을 형성해줌으로써 전체적인 구조상 상층의 상부전극(30)과 하층의 온도보상층(36)이 대칭적인 구조를 갖게 되므로 작동환경의 온도상승시에도 캔틸레버의 처짐현상이 최소화될수 있다.

이어, 제3도를 참조하여 제 2도에 도시된 본 발명에 따른 광로조절장치의 제조방법에 대해 설명한다.

먼저, 제3도(a)에 도시된 바와 같이 액티브 매트릭스기판(10)의 신호전극패드(12)상에 희생막(34)을 형성하고, 그 희생막(34)상에는 예컨대 알루미늄 또는 금에 의해 온도보상층(36)을 적층형성한 다음 캔틸레버 구조의 최저층을 형성하도록 에칭하게 된다. 이어, 상기 온도보상층(36)의 패터닝 후,상기 희생막(34)의 소정부분(즉, 신호전극패드(12)의 상측부분)을 예컨대 주지의 포토리소그래피(Photolithograpy)방법으로 제거하여 그 신호전극패드(12)와 주변의 액티브 매트릭스기판(10)을 노출시키게 된다. 그 후, 그 전체면상에 예컨대 Si₃N₄와 같은 규화물을 적층시킨 다음 주지의 포토리소그래피 방법에 의해 상기 희생막(34)상에 적충된 규화물을 제거하여 상기 신호전극패드 (12)를 에워싸는 지지부재(22)를 형성하게 된다.

이어, 제3도(b)에 도시된 바와 같이 상기 지지부재(22)와 상기 온도보상층(36)상에 상기 지지부재(22)와 동일하거나 유사한 재료를 적용하여 멤브레인층(24)을 형성한 다음, 상기 지지부재(22)와 상기 멤브레인층(24)에서 상기 신호전극패드(12)에 관통하도록 요흠을 형성하게 되고, 그 요흠내에 도전성(導電性) 금속재를 충전시켜 상기 신호전극패드(12)와 전기적으로 접속되는 플러그(32)를 형성하게 된다. 그 후, 멤브레인(24)의 표면에는 상기 플러그(32)를 매개하여 상기 신호전극패드(12)와 접속되는 신호전극으로서의 도전성 하부전극(26)을 형성하게 된다.

그리고나서, 제3도(c)에 도시된 바와 같이 상기 하부전극(26)의 표면에 예컨대 압전재료(PZT)로 이루어진 변형부재(28)를 적충한 다음, 구동부(20a)의 형성역영상에 레지스트층(도시 생략)을 도포하게 된다. 이어, 그 레지스트층이 도포된 자체표면상에 예컨대 선택적 에칭공정에 의해 변형부재(28)와 하부전극(26)의 일부를 제거하여 상기 구동부(20a)와 단차를 갖는 반사부(20b)를 정의하게 되고, 그 결과적인 구조에서 상기 구동부(20a)와 반사부(20b)의 경계부에는 절연특성을 갖는 재료를 소정의 형상으로 패터닝형성하여 절연막(33)을 형성하게 되고, 이어 그 전체면에 상부전극(30)을 형성하기 위해 예컨대 알루미늄층을 적층하게 된다.

이어, 제3도(b)에 도시된 바와 같이 인접한 광로조절장치의 액츄에이터(20)와 소자간 분리를 실행하기 위해 예컨대 에칭공정에 의해 소자분리 간극(42)을 형성하게 되고, 그 소자분리 간극(42)을 이용하여 습식에칭(Wet Etching)을 실행하여 희생막(34)을 제거하여 제 2도에 도시된 구조의 광로조절장치를 얻게 된다.

따라서, 상기한 본 발명에 따른 광로조절장치와 그 제조방법에 의하면,다층막 구조를 갖는 액츄에이터에서 반사부를 포함하는 캔틸레버의 멤브레인하층에 최상층의 상부전극과 동일하거나 유사한 열팽창계수를 갖는 온도보상층을 형성해서 캔틸레버의 상층과 하층이 구조적으로 대칭되도록 함으로써 작동환경의 온도상승시에도 캔틸레버의 처짐현상이 최소화될 수 있다.

Claims

다수의 화소구동 트랜지스터소자가 매트릭스 어레이형태로 내재됨과 더불어 표면에 각 트랜지스터와 전기적으로 접속된 다수의 신호전극패드(12)를 갖춘 액티브 매트릭스기판(10)과, 상기 액티브 매트릭스기판(10)상에서 상기 신호전극패드(12)에 대응하도록 형성된 멤브레인(24), 하부전극(26), 변형부재(28)및 상부전극(30)을 포함 하는 구동부(20a), 상기 구동부(20a)와 일정한 단차를 갖고서 연장형성된 멤브레인(24)과 상부전극(30)에 의해 정의되는 반사부(20b)를 갖추어 구성된 광로조절장치에 있어서, 상기 멤브레인(24)의 하층에 작동환경의 온도에 대한 보상을 위해 온도보상층(36)이 더 형성된 것을 특징으로 하는 광로조절장치.
제1항에 있어서, 상기 온도보상층(36)은 상기 상부전극(30)과 동일 또는 유사한 열팽창계수를 갖는 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 광로조절장치.
제2항에 있어서, 상기 온도보상층(36)은 알루미늄 또는 금으로 형성된 것을 특징으로 하는 광로조절장치.
다수의 화소구동 트랜지스터소자가 매트릭스 어레이형태로 내재됨과 더불어 표면상에 그 트랜지스터와 전기적으로 접속된 다수의 신호전극패드(12)를 갖춘 액티브 매트릭스기판(10)상에 희생막(34)을 형성하는 단계와; 상기 희생막(34)상에 작동환경의 온도보상을 위한 온도보상층(36)을 형성하여 상기 신호전극 패드(12)의 상측부분이 제거되도록 패터닝하는 단계; 상기신호전극패드(12)의 상측에서 그 신호전극패드가 노출되도록 상기 희생막(34)을 제거하여 지지부재(22)를 형성하는 단계; 상기 지지부재(22)와 상기 온도보상층(36)상에 멤브레인(24)층과 하부전극(26), 변형부재(28)을 순차적으로 적층하여 구동부(20a)를 형성하는 단계 상기 구동부(20a)에서 일정한 거리로 유지되는 멤브레인(24)상의 변형부재(28)와 하부전극(26)의 일부를 제거하여 상기 구동부(20a)와 일정한 단차를 갖는 반사부(20b)를 정의하는 단계; 상기 구동부(20a)와 상기 반사부(20b)의 경계부분에 절연막(33)을 형성 하는 단계; 상기 구동부(20a)의 변형부재(28)와 상기 정의된 반사부(20b)의 멤브레인(24)상에 상부전극(30)을 형성하는 단계; 인접한 액츄에이터소자와 분리를 행하여 희생막(34)을 제거하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 광로저절장치의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 온도보상층(36)은 상기 상부전극(30)과 동일 또는 유사한 열팽창계수를 갖는 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 광로조절 장치의 제조방법
제5항에 있어서, 상기 온도보상층(36)은 알루미늄 또는 금으로 형성된 것을 특징으로 하는 광로조절장치의 제조방법.