KR100201826B1 - 큰 구동 각도를 갖는 박막형 광로 조절장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

복수 개의 액츄에이팅부들을 가지는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 장치는 패드, 보호층, 식각 방지층 및 플러그를 포함하는 액티브 매트릭스와 상기 액티브 매트릭스의 상부에 'E' 자 형상을 이루며 함께 형성된 1개의 제1 액츄에이팅부 및 2개의 제2 액츄에이팅부들을 포함한다. 상기 제1 액츄에이팅부는 제1 하부전극, 제1 변형층 및 제1 상부전극을 가지며, 상기 제2 액츄에이팅부는 제2 하부전극, 제2 변형층 및 제2 상부전극을 가진다. 상기 제1 하부전극은 상기 제2 상부전극과 연결되며, 상기 제1 상부전극은 상기 제2 하부전극과 연결되어 제1 액츄에이팅부와 제2 액츄에이팅부는 서로 반대 방향으로 구동된다. 따라서, 상기 장치는 좁은 면적 내에서도 2배의 구동 각도로 거울을 구동시켜 광효율을 높일 수 있으며, 콘트라스트(contrast)를 향상시켜 밝고 선명한 화상을 맺을 수 있다.

Description

큰 구동 각도를 갖는 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, 특히 좁은 면적을 가지면서도 액츄에이팅(actuating)부의 구동 각도를 크게 할 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
광원으로부터 입사되는 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 전계에 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 전압에 의하여 발생되는 전계에 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 AMA를 이용한 광로 조절 장치는 크게 벌크형(bulk type)과 박막형(thin film type)으로 구분된다. 상기 벌크형 광로 조절 장치는, 예를 들면 미합중국 특허 제5,085,497호(issued to Gregory Um, et al.), 제5,159,225호(issued to Gregory Um), 제5,175,465호(issued to Gregory Um, et al.) 등에 개시되어 있다. 벌크형 광로 조절 장치는 다층 세라믹을 얇게 절단하여 내부에 금속 전극이 형성된 세라믹 웨이퍼(ceramic wafer)를 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(active matrix)에 장착한 후 쏘잉(sawing) 방법으로 가공하고 상부에 거울을 설치하여 이루어진다. 그러나 벌크형 장치는 액츄에이터들을 쏘잉 방법에 의하여 분리하여야 하므로 설계 및 제조에 있어서 높은 정밀도가 요구되며, 변형부의 응답 속도가 느린 단점이 있다. 따라서 반도체 제조 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 광로 조절 장치가 개발되었다.
이러한 박막형 광로 조절 장치는 본 출원인이 대한민국 특허청에 특허 출원한 특허출원 제95-13358호(발명의 명칭 : 광로 조절 장치)에 개시되어 있다.
도 1은 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 2는 도 1에 도시한 장치를 A­A′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(1)와 상기 액티브 매트릭스(1)의 상부에 형성된 액츄에이터(3)로 구성된다. 상기 액티브 매트릭스(1)는 실리콘(Si) 등의 반도체로 구성되며, 내부에 M×N(M, N은 정수)개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되어 있다. 또한 액티브 매트릭스(1)는 유리, 알루미나(Al2O3) 등의 절연 물질로 형성할 수 있다.
액티브 매트릭스(1)의 일측 상부에는 패드(5)가 형성된다. 상기 패드(5)는 액티브 매트릭스(1)에 내장된 MOS 트랜지스터와 전기적으로 연결되어 있다.
상기 액츄에이터(3)는 멤브레인(7), 플러그(9), 하부전극(11), 변형부(15) 그리고 상부전극(17)으로 구성된다.
상기 멤브레인(7)은 질화물 등의 절연 물질을 사용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 적층한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 멤브레인(7)은 액츄에이터(3)의 중앙부를 중심으로 일측에는 사각형 형상의 오목한 부분이 형성되어 있으며, 타측에는 이러한 오목한 부분에 대응하는 사각형 형상의 돌출부가 형성된다. 상기 사각형 형상의 오목한 부분에 인접하는 액츄에이터의 멤브레인의 돌출부가 끼워지고, 상기 멤브레인(7)의 돌출부가 인접하는 멤브레인의 오목한 부분에 끼워져서 형성된다. 또한 도 2를 참조하면, 상기 멤브레인(7)은 일측이 상기 액티브 매트릭스(1)의 상부에 접하고, 타측이 에어 갭(air gap)(8)을 개재하여 액티브 매트릭스(1)와 평행하도록 형성된다.
플러그(9)는 상기 멤브레인(7) 중 하부에 패드(5)가 형성되어 있는 부분에 수직하게 형성된다. 상기 플러그(9)는 텅스텐(W), 또는 티타늄(Ti) 등의 금속을 채워 형성하며, 패드(5)와 전기적으로 연결되도록 한다.
하부전극(11)은 상기 멤브레인(7)의 상부에 백금(Pt), 또는 티타늄 등을 사용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 적층한다. 상기 하부전극(11)의 일측에 멤브레인(7)이 노출되도록 스트라이프(stripe)(13)를 형성한다. 스트라이프(13)는 반사층인 상부전극(17)을 균일하게 작동시켜 광속이 난반사되는 것을 방지하여 광효율을 향상시킨다.
변형부(15)는 상기 하부전극(11)의 상부에 PZT, 또는 PLZT 등의 압전 물질이나 PMN 등의 전왜 물질을 사용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 변형부(15)는 상기 하부전극(11)의 일측에 형성된 스트라이프(13)를 채우도록 형성된다.
상부전극(17)은 변형부(15)의 상부에 알루미늄(Al), 또는 은(Ag)등의 전기 전도성 및 반사 특성이 양호한 금속을 사용하여 500∼1000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 상부전극(17)은 전극의 기능뿐 아니라 입사되는 광속을 반사하는 거울의 기능도 함께 수행한다.
상술한 구조의 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 액티브 매트릭스(1)에 내장된 MOS 트랜지스터로부터 발생한 화상 신호는 패드(5)와 플러그(9)를 통해 하부전극(11)에 인가된다. 동시에, 상부전극(17)에는 바이어스 전압이 인가되어 상부전극(17)과 하부전극(11) 사이에 전계가 발생한다. 변형부(15)는 이 전계에 대하여 수직한 방향으로 수축하여 액츄에이터(3)가 멤브레인(7)이 형성된 방향의 반대 방향으로 휘어지며, 이에 따라서 광원으로부터 입사되는 광속을 액츄에이터(3) 상부의 상부전극(17)이 반사한다. 상부전극(17)에 의하여 반사된 광속은 슬릿을 통하여 스크린에 투영된다.
그러나, 상기 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 상부전극의 일부만을 구동하여 광속을 반사시킴으로서 그 구동 각도가 작아지고 광효율이 떨어지는 단점이 있었다. 또한, 변형부에 의한 액츄에이터의 변위가 작기 때문에 거울의 기능을 수행하는 상부전극의 구동 각도가 작아서 콘트라스트가 저하되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 좁은 면적을 가지면서도 액츄에이터의 구동 각도를 크게 할 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 출원인의 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 장치를 A­A′선으로 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 장치를 B­B′선으로 자른 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시한 장치를 C­C′선으로 자른 단면도이다.
도 6 내지 도 9b는 도 4 및 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도 9c는 도 9a 및 도 9b에 도시한 장치의 평면도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
31：액티브 매트릭스33：패드
35：보호층37：식각 방지층
39：희생층41：플러그
43：제1 에어 갭 45：제1 하부전극
47：제1 변형층 49 : 제1 상부전극
51：제1 액츄에이팅부 53, 55 : 제1 비어 홀
57, 59：제1 비어 컨택 61：제2 하부전극
63：제2 변형층 65 : 제2 상부전극
67, 69：제2 액츄에이팅부 71, 73 : 제2 비어 홀
75, 77： 제2 비어 컨택 79：제2 에어 갭
81： 거울
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고, 일측 상부에 패드가 형성된 액티브 매트릭스;
ⅰ) 상기 액티브 매트릭스의 중앙 상부에 일측이 접촉되며 타측이 제1 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 형성된 제1 하부전극, 상기 제1 하부전극의 상부에 형성된 제1 변형층, 그리고 상기 제1 변형층의 상부에 형성된 제1 상부전극을 포함하는 제1 액츄에이팅부; 그리고
ⅱ) 상기 액티브 매트릭스의 양측 상부에 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 상기 제1 하부전극과 일체로 형성된 제2 하부전극, 상기 제2 하부전극의 상부에 형성된 제2 변형층, 그리고 상기 제2 변형층의 상부에 형성된 제2 상부전극을 갖고, 상기 제1 액츄에이팅부와 일체로 형성된 2개의 제2 액츄에이팅부들을 포함하는 박막형 광로 조절 장치를 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스의 일측 상부에 패드를 형성하는 단계;
ⅰ) 상기 액티브 매트릭스의 중앙 상부에 일측이 접촉되며 타측이 제1 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 제1 하부전극을 형성하는 단계, 상기 제1 하부전극의 상부에 제1 변형층을 형성하는 단계, 그리고 상기 제1 변형층의 상부에 제1 상부전극 형성하는 단계를 포함하는 제1 액츄에이팅부를 형성하는 단계; 그리고
ⅱ) 상기 액티브 매트릭스의 양측 상부에 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 상기 제1 하부전극과 일체로 제2 하부전극을 형성하는 단계, 상기 제2 하부전극의 상부에 제2 변형층을 형성하는 단계, 그리고 상기 제2 변형층의 상부에 제2 상부전극 형성하는 단계를 포함하는 2개의 제2 액츄에이팅부들을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공한다.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 제1 하부전극에는 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터로부터 발생한 화상 신호가 인가되며, 제1 상부전극에는 바이어스 전압이 인가된다. 따라서 제1 상부전극과 제1 하부전극 사이에 전계가 발생한다. 이 전계에 의하여 제1 상부전극과 제1 하부전극 사이에 적층되어 있는 제1 변형층이 변형을 일으킨다. 제1 변형층은 전계와 수직한 방향으로 수축하며, 이에 따라 제1 액츄에이팅부가 θ 크기의 구동 각도를 가지고 휘어진다. 동시에 제2 액츄에이팅부들 각각의 제2 하부전극에는 제1 액츄에이팅부의 제1 상부전극으로부터 바이어스 전압이 인가된다. 또한, 제2 액츄에이팅부들의 제2 상부전극에는 각기 제1 액츄에이팅부의 제1 하부전극으로부터 화상 신호가 인가된다. 그러므로, 제2 액츄에이팅부들의 제2 상부전극과 제2 하부전극 사이에는 제1 액츄에이팅부의 전계의 방향과 반대인 역전계가 발생한다. 따라서 제2 변형층이 수축하여 제2 액츄에이팅부들은 θ 크기의 구동 각도를 가지고 제1 액츄에이팅부와 반대 방향으로 휘어진다. 즉, 제1 액츄에이팅부와 제2 액츄에이팅부들의 구동 각도의 합은 2θ가 된다. 광속을 반사하는 거울은 제1 액츄에이팅부의 상부에 설치되어 있으므로 2θ의 구동 각도를 가지고 경사지게 된다.
그러므로, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는, 좁은 면적을 가지면서도 선행 출원에 기재된 광로 조절 장치에 비해 2배의 구동 각도로 액츄에이터를 구동시킬 수 있다. 따라서, 광원으로부터 입사되는 광속의 광효율을 높일 수 있으며, 콘트라스트를 향상시켜 보다 밝고 선명한 화상을 맺을 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 4는 도 3에 도시한 장치를 B­B′선으로 자른 단면도를 도시한 것이며, 도 5는 도 3에 도시한 장치를 C­C' 선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는 일측 상부에 패드가 형성된 액티브 매트릭스(31)와 액티브 매트릭스(31)의 중앙 상부에 형성된 제1 액츄에이팅부(51) 및 액티브 매트릭스(31)의 양측 상부에 제1 액츄에이팅부(51)와 일체로 형성된 2개의 제2 액츄에이팅부들(67)(69)을 포함한다. 도 4 및 도 5에 있어서, 도 3과 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 액티브 매트릭스(31)는 액티브 매트릭스(31)의 일측 상부에 형성된 패드(33), 상기 액티브 매트릭스(31) 및 패드(33)의 상부에 적층된 보호층(35), 상기 보호층(35)의 상부에 적층된 식각 방지층(37), 그리고 식각 방지층(37) 중 아래에 패드(33)가 형성되어 있는 부분에 상기 식각 방지층(37)으로부터 패드(33)까지 수직하게 형성된 플러그(41)를 포함한다.
상기 제1 액츄에이팅부(51)는 일측이 아래에 패드(33)가 형성된 상기 식각 방지층(37) 및 플러그(41)와 접촉되며 타측이 제1 에어 갭(43)을 개재하여 상기 식각 방지층(37)과 평행하도록 형성된 제1 하부전극(45), 상기 제1 하부전극(45)의 상부에 적층된 제1 변형층(47), 상기 제1 변형층(47)의 상부에 적층된 제1 상부전극(49)을 포함한다. 또한, 상기 제1 액츄에이팅부(51)는 상기 제1 액츄에이팅부(51)의 일측 상부에 형성된 제2 상부전극(65)의 일부와 제1 하부전극(45)을 전기적으로 연결하는 2개의 제1 비어 컨택(57)(59)을 포함한다. 그리고, 상기 제1 상부전극(49)의 상부에 지지부가 접촉되며 양측이 제2 에어 갭(79)을 개재하여 제1 상부전극(49)과 평행하도록 거울(81)이 형성된다.
도 5를 참조하면, 상기 제2 액츄에이팅부들(67)(69)은 각기 상기 제1 액츄에이팅부(51)의 제1 하부전극(45)과 일체로 형성된 제2 하부전극(61), 상기 제1 액츄에이팅부(51)와 제2 액츄에이팅부들(67)(69)이 연결되는 부분의 일측에서 상기 제1 액츄에이팅부(51)의 제1 상부전극(49)과 접촉되며 상기 제2 하부전극(61)의 상부에 형성된 제2 변형층(63), 그리고 상기 제1 액츄에이팅부(51)와 제2 액츄에이팅부들(67)(69)이 연결되는 부분의 타측에서 일측이 상기 제1 액츄에이팅부(51)의 제1 하부전극(45)과 제1 비어 컨택(57)을 통하여 접촉되며 상기 제2 변형층(63)의 상부에 적층된 제2 상부전극(65)을 포함한다. 제2 액츄에이팅부들(67)(69)의 제2 하부전극(61), 제2 변형층(63) 및 제2 상부전극(65)은 각기 제1 액츄에이팅부(51)의 제1 하부전극(45), 제1 변형층(47) 및 제1 상부전극(49)과 일체로 형성된 부재들이다. 또한, 상기 제2 액츄에이팅부들(67)(69)은 각기 제2 액츄에이팅부들(67)(69)의 상부에 형성된 제1 상부전극(49)과 제2 하부전극(61)을 전기적으로 연결하는 2개의 제2 비어 컨택(75)(77)을 포함한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6 내지 도 9b는 도 4 및 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도이며, 도 9c는 도 9a 및 도 9b에 도시한 장치의 평면도를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고, 일측 상부에 패드(33)가 형성된 액티브 매트릭스(31)의 상부에 인 실리케이트 유리(Phospho-Silicate Glass：PSG)로 구성된 보호층(35)을 적층한다. 상기 보호층(35)은 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 1．0∼2．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 보호층(35)은 후속되는 공정으로 인하여 상기 액티브 매트릭스(31)가 손상을 입게되는 것을 방지한다.
상기 보호층(35)의 상부에는 질화물로 구성된 식각 방지층(37)이 적층된다. 식각 방지층(37)은 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(37)은 후속하는 식각 공정 동안 보호층(35) 및 액티브 매트릭스(31)가 식각되는 것을 방지한다. 이어서, 상기 식각 방지층(37) 중 아래에 패드(33)가 형성되어 있는 부분을 패터닝한 후, 플러그(41)를 형성한다. 플러그(41)는 텅스텐, 또는 백금 등을 리프트­오프 방법을 이용하여 상기 식각 방지층(37)으로부터 패드(33)까지 수직하게 형성된다. 따라서 화상 신호는 액티브 매트릭스(31)에 내장된 트랜지스터로부터 패드(33) 및 플러그(41)를 통하여 제1 액츄에이팅부(51)의 제1 하부전극(45)에 전달된다.
상기 식각 방지층(37) 및 플러그(41)의 상부에는 희생층(39)이 적층된다. 희생층(39)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD) 방법을 이용하여 1．0 ∼ 2．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 희생층(39)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(31)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(39)의 표면을 스핀 온 글래스(Spin On Glass：SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 상기 희생층(39)의 표면을 평탄화시킨 후, 상기 희생층(39)의 일부를 식각하여 상기 식각 방지층(37) 중 아래에 플러그(41)가 형성된 부분을 노출시킨다.
도 7a는 제1 액츄에이팅부(51)의 제조 공정도이며, 도 7b는 제2 액츄에이팅부들(67)(69)의 제조 공정도이다. 또한, 도 7c는 도 7a 및 도 7b에 도시한 제1 액츄에이팅부(51) 및 제2 액츄에이팅부들(67)(69)의 평면도를 도시한 것이다.
도 7a 내지 7c를 참조하면, 상기 희생층(39)의 상부에 백금, 또는 탄탈륨(Ta) 등의 금속을 사용하여 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 하부전극을 적층한다. 이어서, 도 7c에 도시한 바와 같이 'E' 자 형상을 갖도록 하부전극을 패터닝하여 제1 하부전극(45)과 제2 하부전극(61)을 형성한다.
도 8a는 제1 액츄에이팅부(51)의 제조 공정도이며, 도 8b는 제2 액츄에이팅부들(67)(69)의 제조 공정도이고, 도 8c는 도 8a 및 도 8b에 도시한 제1 액츄에이팅부(51) 및 제2 액츄에이팅부들(67)(69)의 평면도를 도시한 것이다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 상기 제1 하부전극(45) 및 제2 하부전극(61)의 상부에는 각각 제1 변형층(47) 및 제2 변형층(63)이 적층된다. 제1 변형층(47) 및 제2 변형층(63)은 ZnO 등의 압전 물질을 사용하여 0．1∼1．0㎛, 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 가지도록 적층한다. 상기 제1 변형층(47) 및 제2 변형층(63)은 졸-겔(Sol-gel)법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 형성한 후, 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing：RTA) 방법을 이용하여 열처리하여 상변이시킨다. 이어서, 도 8c에 도시한 바와 같이, 제1 액츄에이팅부(51)의 제1 변형층(47) 및 제2 액츄에이팅부들(67)(69)의 제2 변형층(63)을 패터닝한다. 제1 변형층(47) 및 제2 변형층(63)은 각기 제1 하부전극(45) 및 제2 하부전극(61)이 일체로 이루고 있는‘E’자 형상과 동일한 형상으로 형성된다. 그리고, 상기 제1 변형층(47) 및 제2 변형층(63)의 상부에 제1 상부전극(49) 및 제2 상부전극(65)을 형성한다. 제1 상부전극(49) 및 제2 상부전극(65)은 알루미늄, 또는 은 등의 전기 전도성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 계속하여, 도 8c에 도시한 바와 같이, 상기 제1 상부전극(49) 및 제2 상부전극(65)을 패터닝한다. 상기 제1 액츄에이팅부(51)의 제1 상부전극(49)은 일측부가 제1 액츄에이팅부(51)와 제2 액츄에이팅부들(67)(69)이 연결되는 부분을 향하여‘T’자 형상으로 팔을 뻗는 형상을 갖도록 패터닝된다. 또한 상기 제2 액츄에이팅부들(67)(69)의 제2 상부전극(65)은 상기‘T’자의 중앙부를 중심으로 거울상의 'ㄱ'자의 형상으로 상기‘T’자를 둘러싸는 형상을 갖도록 패터닝된다.
도 9a는 제1 액츄에이팅부(51)의 제조 공정도이며, 도 9b는 제2 액츄에이팅부들(67)(69)의 제조 공정도이며, 도 9c는 도 9a 및 도 9b에 도시한 장치의 평면도를 도시한 것이다.
도 9a를 참조하면, 상기 제1 액츄에이팅부(51)는 상기 제1 액츄에이팅부(51)의 일측 상부에 형성된 제2 상부전극(65)으로부터 제1 하부전극(45)의 상부까지 제2 상부전극(65) 및 제1 변형층(47)을 순차적으로 식각하여 2개의 제1 비어 홀(via hole)(53)(55)을 형성한다. 이어서, 텅스텐 또는 티타늄 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 제2 상부전극(65)과 제1 하부전극(45)이 전기적으로 연결되도록 2개의 제1 비어 컨택(via contact)(57)(59)을 형성한다.
도 9b를 참조하면, 상기 제2 액츄에이팅부들(67)(69)은 제2 액츄에이팅부들(67)(69)의 상부에 형성된 제1 상부전극(49)으로부터 제2 하부전극(61)의 상부까지 제1 상부전극(49) 및 제2 변형층(63)을 순차적으로 식각하여 제2 비어 홀(71)(73)을 각기 형성한다. 이어서, 텅스텐 또는 티타늄 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 제1 상부전극(49)과 제2 하부전극(61)이 전기적으로 연결되도록 제2 비어 컨택(75)(77)을 각기 형성한다. 따라서, 제1 액츄에이팅부(51)의 제1 하부전극(45)은 제1 비어 컨택(57)(59)을 통하여 제2 액츄에이팅부들(67)(69)의 제2 상부전극(65)과 연결되며, 제1 액츄에이팅부(51)의 제1 상부전극(49)은 제2 비어 컨택(75)(77)을 통하여 제2 액츄에이팅부들(67)(69)의 제2 하부전극(61)과 연결된다. 이에 의하여, 화상 신호는 액티브 매트릭스(31)에 내장된 트랜지스터로부터 제1 하부전극(45)과 제2 상부전극(65)에 인가되고, 바이어스 전압은 제1 상부전극(49) 및 제2 하부전극(61)에 인가된다. 따라서, 제1 상부전극(49)과 제1 하부전극(45) 사이에 발생하는 전계와 제2 상부전극(65)과 제2 하부전극(61) 사이에는 서로 반대 방향의 전계가 발생한다.
이어서, 상기 제1 액츄에이팅부(51)의 제1 상부전극(49)의 상부에 거울(81)을 형성한다. 상기 거울(81)은 알루미늄, 또는 백금 등의 금속을 통상의 포토리쏘그래피(photolithography) 방법 및 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼1000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 거울(81)은 상기 제1 상부전극(49)의 일측 상부에 중앙부가 접촉되며 양측이 제2 에어 갭(79)을 개재하여 상기 제1 상부전극(49)과 평행하게 형성된다. 상기 거울(81)은 그 중앙부가 하부로 돌출되어 상기 제1 상부전극(49)의 일측 상부에 접하는 평판의 형상이며, 일측이 상기 제1 상부전극(49)을 덮고, 타측이 인접한 액츄에이팅부의 일부를 덮도록 형성된다. 그리고, 상기 희생층(39)을 플루오르화 수소(HF) 증기로 식각하여 제1 에어 갭(43)을 형성함으로서 제1 액츄에이팅부(51) 및 제2 액츄에이팅부들(67)(69)을 완성한다.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 제1 하부전극(45)에는 화상 신호가 액티브 매트릭스(31)에 내장된 트랜지스터로부터 인가되며, 제1 상부전극(49)에는 바이어스 전압이 인가된다. 따라서 제1 상부전극(49)과 제1 하부전극(45) 사이에 전계가 발생한다. 이 전계에 의하여 제1 상부전극(49)과 제1 하부전극(45) 사이의 제1 변형층(47)이 변형을 일으킨다. 제1 변형층(47)은 전계와 수직한 방향으로 수축하며, 이에 따라 제1 액츄에이팅부(51)가 θ 크기의 구동 각도를 가지고 휘어진다. 동시에 제2 액츄에이팅부(67)(69) 각각의 제2 하부전극(61)에는 제1 액츄에이팅부(51)의 제1 상부전극(49)으로부터 바이어스 전압이 인가된다. 또한, 제2 액츄에이팅부(67)(69) 각각의 제2 상부전극(65)에는 제1 액츄에이팅부(51)의 제1 하부전극(45)으로부터 화상 신호가 인가된다. 그러므로, 제2 액츄에이팅부(67)(69) 각각의 제2 상부전극(65)과 제2 하부전극(61) 사이에는 제1 상부전극(49)과 제1 하부전극(45) 사이에 발생하는 전계에 대하여 역전계가 발생한다. 따라서 제2 변형층(63)이 수축하여 제2 액츄에이팅부(67)(69) 각각은 θ 크기의 구동 각도를 가지고 제1 액츄에이팅부(51)와 반대 방향으로 휘어진다. 즉, 제1 액츄에이팅부(51)와 제2 액츄에이팅부(67)(69)의 구동 각도의 합은 2θ가 된다. 광속을 반사하는 거울(81)은 제1 액츄에이팅부(51)의 상부에 설치되어 있으므로 2θ의 구동 각도를 가지고 경사지게 된다.
그러므로, 상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는, 서로 반대 방향으로 구동하는 복수 개의 액츄에이팅부를 형성함으로서 좁은 면적을 가지면서도 선행 출원에 기재된 광로 조절 장치에 비해 2배의 구동 각도로 거울을 구동시킬 수 있다. 그러므로 광원으로부터 입사되는 광속의 광효율을 높일 수 있으며, 콘트라스트를 향상시켜 선명한 화상을 맺을 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예에 의하여 상세하게 설명 및 도시하였지만, 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적인 범위 내에서 이를 변형하는 것이나 개량하는 것이 가능하다.

Claims (14)

  1. M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고, 일측 상부에 패드(33)가 형성된 액티브 매트릭스(31);
    ⅰ) 상기 액티브 매트릭스의 중앙 상부에 일측이 접촉되며 타측이 제1 에어 갭(43)을 개재하여 상기 액티브 매트릭스(31)와 평행하도록 형성된 제1 하부전극(45), 상기 제1 하부전극의 상부에 형성된 제1 변형층(47), 그리고 상기 제1 변형층(47)의 상부에 형성된 제1 상부전극(49)을 포함하는 제1 액츄에이팅부(51); 그리고
    ⅱ) 상기 액티브 매트릭스(31)의 양측 상부에 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 상기 제1 하부전극(45)과 일체로 형성된 제2 하부전극(61), 상기 제2 하부전극의 상부에 형성된 제2 변형층(63), 그리고 상기 제2 변형층(63)의 상부에 형성된 제2 상부전극(65)을 포함하며, 상기 제1 액츄에이팅부(51)와 일체로 형성된 2개의 제2 액츄에이팅부(67)(69)를 포함하는 박막형 광로 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액티브 매트릭스(31)는 상기 액티브 매트릭스와 상기 패드(33)의 상부에 형성된 보호층(35), 상기 보호층(35)의 상부에 형성된 식각 방지층(37), 그리고 상기 식각 방지층(37) 및 상기 보호층(35)을 통하여 상기 패드(33)까지 수직하게 형성된 플러그(41)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 2개의 제2 액츄에이팅부(67)(69)는 상기 액티브 매트릭스(31)의 양측 상부에 형성되며, 상기 제1 액츄에이팅부(51)는 상기 액티브 매트릭스(31)의 중앙 상부에 상기 제2 액츄에이팅부들(67)(69)과 일체로 형성되어, 상기 제1 액츄에이팅부(51) 및 제2 액츄에이팅부들(67)(69)은 동일 평면상에서 함께‘E’자 형상을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 액츄에이팅부(51)의 제1 상부전극(49)은 일측부가 제1 액츄에이팅부(51)와 제2 액츄에이팅부들(67)(69)이 연결되는 부분을 향하여 ‘T’자 형상으로 팔을 뻗는 형상을 가지며, 상기 제2 액츄에이팅부들(67)(69)의 제2 상부전극(65)은 상기‘T’자의 중앙부를 중심으로 거울상의‘ㄱ’자의 형상으로 상기‘T’자를 둘러싸는 형상을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 액츄에이팅부(51)는 상기 제2 상부전극(65)이 연장된 제1 액츄에이팅부(51)의 상부에 형성된 2개의 제1 비어 컨택(57)(59)을 포함하고, 상기 제2 액츄에이팅부(67)(69)는 상기 제1 상부전극(49)이 연장된 제2 액츄에이팅부(67)(69)의 각기 상부에 형성된 제2 비어 컨택(75)(77)을 더 포함하는 것을 특징으로하는 박막형 광로 조절 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 하부전극(45)은 상기 제2 상부전극(65)과 연결되며, 상기 제1 상부전극(49)은 상기 제2 하부전극(61)과 연결되는 것을 특징으로하는 박막형 광로 조절 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 상부전극(49)은 중앙부가 하부로 돌출되어 상기 제1 상부전극(49)의 일측 상부에 접하며, 양측이 제2 에어 갭(79)을 개재하여 상기 제1 상부전극(49)과 평행하게 형성된 평판 형상의 거울(81)을 더 포함하는 것을 특징으로하는 박막형 광로 조절 장치.
  8. M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스의 일측 상부에 패드를 형성하는 단계;
    ⅰ) 상기 액티브 매트릭스의 중앙 상부에 일측이 접촉되며 타측이 제1 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 제1 하부전극을 형성하는 단계, 상기 제1 하부전극의 상부에 제1 변형층을 형성하는 단계, 그리고 상기 제1 변형층의 상부에 제1 상부전극 형성하는 단계를 포함하는 제1 액츄에이팅부를 형성하는 단계; 그리고
    ⅱ) 상기 액티브 매트릭스의 양측 상부에 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 상기 제1 하부전극과 일체로 제2 하부전극을 형성하는 단계, 상기 제2 하부전극의 상부에 제2 변형층을 형성하는 단계, 그리고 상기 제2 변형층의 상부에 제2 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 2개의 제2 액츄에이팅부들을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 액츄에이팅부 및 상기 제2 액츄에이팅부들을 형성하는 단계는 ⅰ) 상기 패드 및 상기 액티브 매트릭스의 상부에 보호층을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 보호층의 상부에 식각 방지층을 형성하는 단계, ⅲ) 상기 식각 방지층 및 상기 보호층을 통하여 상기 패드까지 수직하게 플러그를 형성하는 단계 및 ⅳ) 상기 식각 방지층 및 상기 플러그의 상부에 희생층을 형성하고, 상기 식각 방지층의 일부 및 상기 플러그가 노출되도록 상기 희생층을 식각하여 패터닝하는 단계 후에 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1 액츄에이팅부를 형성하는 단계는 상기 제1 액츄에이팅부의 상부에 형성된 제2 상부전극으로부터 제1 하부전극의 상부까지 제2 상부전극 및 제1 변형층을 순차적으로 식각하여 2개의 제1 비어 홀들을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 제2 액츄에이팅부들을 형성하는 단계는 각기 제2 액츄에이팅부의 상부에 형성된 제1 상부전극으로부터 제2 하부전극의 상부까지 제1 상부전극 및 제2 변형층을 순차적으로 식각하여 2개의 제2 비어 홀들을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 액츄에이팅부를 형성하는 단계는 상기 2개의 제1 비어 홀 내에 텅스텐 또는 티타늄 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 제2 상부전극과 제1 하부전극이 전기적으로 연결되도록 2개의 제1 비어 컨택을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 액츄에이팅부를 형성하는 단계는 상기 2개의 제2 비어 홀 내에 텅스텐 또는 티타늄 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 제1 상부전극과 제2 하부전극이 전기적으로 연결되도록 2개의 제2 비어 컨택을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 제1 상부전극은 중앙부가 하부로 돌출되어 상기 제1 상부전극의 일측 상부에 접하며, 양측이 제2 에어 갭을 개재하여 상기 제1 상부전극과 평행하게 평판 형상으로 거울을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 거울은 알루미늄 또는 은을 사용하여 스퍼터링 방법에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 제1 액츄에이팅부를 형성하는 단계 및 상기 제2 액츄에이팅부들을 형성하는 단계는 상기 제1 및 제2 상부전극, 상기 제1 및 제2 변형층, 그리고 상기 제1 및 제2 하부전극을 상부로부터 순차적으로 패터닝하여 소정 형상의 픽셀을 형성하는 단계와, 상기 제1 액츄에이팅부 및 상기 제2 액츄에이팅부를 세정 및 건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
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