KR0160897B1 - 광로 조절 장치의 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입사되는 광속들을 광로를 조절시켜서 반사시킬 수 있는 광로 조절 장치 및 이를 제작하기 위한 방법을 개시한다. 본 발명은 구동 기판상에 일정한 패턴의 희생막을 형성하는 제1단계와, 상기 희생막상에 멤브레인과 하부 전극을 형성하는 제2단계와, 상기 하부 전극상에 변형부를 형성하는 제3단계와, 그리고 상기 변형부상에 상부 전극을 형성시키고 상기 희생막을 제거하는 제4단계로 이루어져 있으며, 상기 변형부는 다단계 급가열 처리되는 광로 조절 장치 제작 방법에 의해 달성되며 이에 의해서 페로브스카이트 결정 구조를 갖는 상기 변형부의 압전 특성을 이용한 광로 조절 장치의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

광로 조절 장치의 제작 방법

제1도는 일반적인 액츄에이터가 복수개 장착되어 있는 화상 표시 장치용 광로 조절 장치를 도시한 단면도.

제2도는 액츄에이터를 구성하고 있는 변형부를 열처리하는 공정을 나타낸 그래프.

제3도는 종래의 실시예에 따라서 제작된 변형부의 압전 세라믹의 결정 구조를 나타낸 X-ray 사진.

제4도는 본 발명에 따라서 광로 조절 장치에 설치되는 액츄에이터를 제작하는 방법을 순차적으로 나타낸 공정도.

제5도는 본 발명에 따라서 액츄에이터의 변형부를 다단계 열처리시키는 공정을 나타낸 그래프.

제6도는 본 발명에 따라서 제작된 변형부의 압전 세라믹의 결정 구조를 나타낸 X-ray 사진.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

200 : 광로 조절 장치 210 : 액츄에이터

211 : 변형부

본 발명은 화상 표시 장치에 사용되는 광로 조절 장치의 제작 방법에 관한 것으로서, 특히 액츄에이터를 구성하고 있는 변형부의 압전 세라믹의 압전 특성을 향상시킨 광로 조절 장치의 제작 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 화상 표시 장치는 광원으로부터 발광된 백색광을 적색, 녹색 및 청색의 광속(light beam)으로 분리한 후 이러한 광속들을 광로 조절 장치에서 광로를 조절시킨 상태로 반사시켜서 스크린 상에 화상을 나타내는 장치이다.

이때, 상기 광로 조절 장치(100)는 제1도에 도시되어 있는 바와 같이 복수개의 트랜지스터가 내장된 구동 기판(110)상에 설치되어 있는 복수개의 액츄에이터(120)를 포함하고 있으며, 상기 액츄에이터(120)는 제어 시스템으로부터 인가되는 전기적 신호에 따라서 개별적으로 작동됨으로써 상기 백색광으로부터 분리된 광속들의 광로를 개별적으로 조절시킨다.

즉, 상기 액츄에이터(120)는 상기 구동 기판(110)상에 멤브레인(122), 하부 전극(123), 변형부(124), 그리고 상부 전극(125)을 구성하는 복수개의 층들을 순차적으로 적층시킴으로서 형성되며 이때, 상기 변형부(124)는 상기 상부 전극(125)과 하부 전극(123)에 인가되는 전기적 신호에 의하여 변형되며 이에 의해서 상기 상부 전극(125)의 표면으로부터 반사되는 광속의 반사각을 변경시킴으로서 광속의 광로를 변경시키게 된다.

이때, 상기 변형부(124)는 Pb(Zr, Ti)O₃조성(이하, PZT라 칭함)의 압전 세라믹으로 이루어져 있고 이러한 PZT는 졸-겔 방법에 의하여 상기 하부 전극(123)상에 도포된다. 한편, 상기 변형부(124)를 구성하고 있는 압전 세라믹은 상기 상부 전극(125) 및 하부 전극(123)에 인가되는 전기상에 의하여 변형될 수 있도록 페로브스카이트(preovskite) 결정 구조를 가져야 한다.

따라서, 페로브스카이트 결정 구조를 갖는 변형부(124)를 형성시키기 위한 종래의 일실시예가 도시되어 있는 제2도를 참조하면, 구동 기판(110)상에 희생막(121), 멤브레인(122) 및 하부 전극(123)이 형성되어 있는 상태에서 졸-겔 방법을 이용하여 PZT 조성의 압전 세라믹을 상기 하부 전극(123)상에 도포시킨 후 진공 챔버내에서 급가열 공정(rapid thermal annealing system)에 의하여 상기 압전 세라믹을 약 650℃의 고온에 약 4분 동안 유지시킨 후 급냉시키며 이에 의해서 상기 PZT 조성의 압전 세라믹을 페로브스카이트 결정 구조로 유지시킨다.

그러나, 상기 압전 세라믹의 X-ray 결정 구조를 나타낸 제3도에 도시되어 있는 바와 같이 상기 급가열 공정에 의하여 열처리된 PZT 조성의 압전 세라믹은 페로브스카이트 결정 구조(a)보다는 파이로클로(pyrochlore) 결정 구조(b)를 우세하게 갖게 되므로 이 후의 공정에 의하여 상부 전극(125)이 형성된 후 상기 하부 전극(123)과 상부 전극(125)에 인가되는 전기장에 의하여 상기 변형부는 충분한 변형을 나타내지 못하므로 광로 조절 장치의 성능을 저하시킨다는 문제점이 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로 그 목적은 변형부가 상부 전극과 하부 전극에 인가되는 전기장에 의하여 압전 특성을 나타낼 수 있도록 상기 변형부를 구성하고 있는 압전 세라믹의 결정 구조를 페로브스카이트 결정 구조로 유지시킴으로서 광로 조절 장치의 성능을 향상시킬 수 있는 광로 조절 장치의 제작 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적은 구동 기판상에 일정한 패턴의 희생막을 형성하는 제1단계와, 상기 희생막상에 멤브레인과 하부 전극을 형성하는 제2단계와, 상기 하부 전극상에 변형부를 형성하는 제3단계와, 그리고 상기 변형부상에 상부 전극을 형성시키고 상기 희생막을 제거하는 제4단계로 이루어져 있으며, 상기 변형부는 다단게 급가열 공정에 의하여 열처리되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치 제작 방법을 제공하는 데 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같으며 종래 구성과 동일한 구성은 제1도에 표시된 도면 부호와 동일한 도면 부호를 사용한다.

제4도(a) 내지 (d)는 본 발명에 따라서 광로 조절 장치(200)를 구성하고 있는 액츄에이터(210)의 제작 방법이 도시된 공정도이다.

먼저, 본 발명의 제1단계가 도시되어 있는 제4도(a)를 참조하면, 복수개의 트랜지스터(도시되어 있지 않음)가 매트릭스 형태로 내장되어 있는 구동 기판(110)상에 스핀 온 코팅 공정(spin on coating) 또는 화학 기상 증착 공정(chemical vapor deposition)에 의하여 소정 두께의 희생막(121)을 형성시킨 후 상기 희생막(121)을 일정한 형태로 패터닝시킴으로서 상기 구동 기판(110)의 일부를 노출시킨다.

이때, 상기 구동 기판(110)은 실리콘 산화물 또는 알루미나 등이 절연 물질 또는 실리콘으로 이루어져 있으며 이러한 구동 기판(110) 상에는 상기 트랜지스터에 전기적으로 연결되어 있고 알루미늄 질화 티타늄 또는 텅스텐으로 이루어져 있는 패드(130)가 설치되어 있다.

한편, 본 발명의 제2단계가 도시되어 있는 제4도(b)를 참조하면, 상기 희생막(121)상에 스퍼터링 공정(sputtering) 또는 화학 기상 증착 공정을 통하여 소정 두께의 질화 실리콘 또는 산화 실리콘 등의 규화물을 적층시켜서 멤브레인(122)을 형성시키고 상기 멤브레인(122)상에 진공 증착 공정 또는 스퍼터링 공정에 의하여 백금 또는 백금과 티타늄을 적층시켜서 하부 전극(123)을 형성시킨다.

여기에서, 상기 멤브레인(122)의 일부를 포토 리쏘그래픽에 의하여 제거하여 상기 구동 기판(110)상에 설치된 패드(130)를 노출시키며 이에 의해서 노출된 상기 패드(130)상에 텡스텐 또는 티타늄의 금속을 적층시켜서 플러그를 형성시키며 이러한 플러그는 상기 패드(130)와 상기 하부 전극(123)을 전기적으로 연결시킨다.

또한, 본 발명의 제3단계가 도시되어 있는 제4도(c)를 참조하면, 상기 하부 전극(123)상에 졸-겔 공정(sol-gel)에 의하여 Pb(Zr, ti)O₃조성의 압전 세라믹을 도포시키고 고화시켜서 변형부(211)을 형성시킨다.

이때, 압전 세라믹으로 이루어져 있는 상기 변형부(211)는 외부로부터 가해지는 전기장에 의하여 외형이 변형되는 압전 특성을 나타낼 수 있도록 페로브스카이트 결정 구조를 유지시키기 위하여 다단계 급가열 공정에 의한 열처리를 수행한다.

즉, 제5도에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 제3단계에 의하여 고화 상태의 압전 세라믹이 형성된 구동 기판(110)을 진공 챔버에 장착시킨 후 급가열시켜서 상기 압전 세라믹을 약 630℃ 이상의 고온 상태에 소정의 시간동안 유지시킨 후 가열된 상기 압전 세라믹을 분당 약 1300℃ 정도의 온도 강하 속도로 급냉각시켜서 상기 압전 세라믹을 상온에 유지시킨다.

이 후에, 상기 압전 세라믹을 상온에 소정의 시간동안 유지시킴으로서 냉각된 상기 압전 세라믹을 약 630℃ 이상의 고온으로 재차 급가열시켜서 소정의 시간동안 유지시킨 후 분당 약 1300℃ 정도의 온도 강하 속도로 급냉시켜서 상온에 유지시키며 이에 의해서 상기 다단계 급가열 공정이 수행된다.

상기된 바와 같이 상기 하부 기판(123)상에 고화된 상기 압전 세라믹은 수회 반복되는 다단계 급가열 공정에 의하여 열처리되며 이때, 상기 다단게 급가열 공정은 약 4회 정도 반복되어 수행되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 압전 세라믹은 급가열되어서 약 630℃ 내지 700℃ 정도의 온도 범위에 약 30초 내지 2분 정도의 시간동안 유지시킨 후 상온에서 약 30초 내지 2분 정도 유지되는 것이 바람직하며 또한 상기 압전 세라믹은 급가열되어서 약 640℃ 내지 670℃의 온도 범위에 약 30초 내지 1분 정도 유지된 후 상온에서 약 30초 내지 1분 정도 유지되는 것이 더욱 바람직하다.

따라서, 제6도에 도시되어 있는 바와 같이 상기 변형부(211)를 구성하고 있는 압전 세라믹의 결정 구조는 상기 다단계 급가열 공정에 의하여 파이로클로 결정 구조(a)보다 압전 특성을 우수하게 나타낼수 있는 페로브스카이트 결정 구조(b)로 우세하게 유지된다.

상기된 바와 같이, 상기 변형부(211)를 다단계 열처리시켜서 페로브스카이트 결정 구조로 유지시킨 후 제4도(d)에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 변형부(211)상에 상부 전극(125)을 형성시키며 이러한 상부 전극(125)은 전기 전도도 및 반사 특성이 양호하도록 상기 변형부(211)상에 알루미늄을 스퍼터링 공정 또는 진공 증착 공정에 의하여 적층시킴으로서 형성된다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기된 바와 같은 제작 공정에 의하여 제작된 액츄에이터(210)가 복수개 설치되어 있는 광로 조절 장치(200)는 화상 표시 장치에 장착되며 이에 의해서 상기 화상 표시 장치내 내장된 광원으로부터 발광된 백색광은 색분리 장치를 통하여 적색, 녹색 및 청색의 광속(light beam)으로 분리되고 이러한 광속들은 상기 광로 조절 장치(200)로 입사된 후 반사된다.

이때, 상기 광로 조절 장치(200)의 상부 전극(125) 및 하부 전극(123)에 인가되는 전기적 신호에 의하여 상기 변형부(211)는 압전 특성을 나타내며 이에 의해서 상기 상부 전극(125)으로 입사되는 상기 광속들은 광로가 조절된 상태로 반사되어서 스크린 상에 충돌하여 원하는 화상을 나타낸다.

따라서, 본 발명에 따르면, 변형부를 구성하고 있는 압전 세라믹의 결정 구조를 페로브스카이트 결정 구조로 유지시킴으로서 우수한 압전 특성을 나타내므로 광로 조절 장치의 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 구동 기판상에 일정한 패턴의 희생막을 형성하는 제1단계와, 상기 희생막상에 멤브레인과 하부 전극을 형성하는 제2단계와, 상기 하부 전극상에 Pb(Zr, Ti)O₃조성의 압전 세라믹을 도포시켜서 변형부를 형성하는 제3단계와, 상기 변형부상에 상부 전극을 형성시키고 상기 희생막을 제거하는 제4단계로 이루어진 화상 표시 장치용 광로 조절 장치의 제작 방법에 있어서, 상기 제3단계에서 상기 변형부는 다단계 급가열 공정에 의하여 열처리되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제작방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 다단계 급가열 공정은 상기 변형부를 급가열시켜서 630℃ 내지 700℃의 고온에 30초 내지 2분 정도 유지시킨 후 급냉시켜서 상온에 30초 내지 2분 정도 유지시키는 열처리 공정을 수회 반복함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제작 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 다단계 급가열 공정은 상기 변형부를 급가열시켜서 640℃ 내지 670℃의 고온에 30초 내지 1분 정도 유지시킨 후 급냉되어서 상온에 30초 내지 1분 정도 유지시키는 열처리 공정을 수회 반복함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제작 방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 다단계 급가열 공정은 4회 반복되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제작 방법.