KR100207369B1 - 광로조절장치 및 그 제조방법 - Google Patents

광로조절장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광로조절장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 트랜지스터가 매트릭스 형태로 내장되고 표면에 상기 트랜지스터 각각에 전기적으로 연결된 접속단자를 2개씩 갖는 구동기판과, 상기 구동기판에 상기 접속단자를 각각 에워싸여 분리되게 형성된 지지부와, 상기 지지부의 상부에 일측이 접촉되도록 실장되며 상기 지지부의 대향하는 면과 일치하도록 타측으로 연장된 멤브레인과, 상기 멤브레인과 지지부를 관통하여 상기 접속단자와 전기적으로 연결되는 플러그와, 상기 플러그에 전기적으로 연결되고, 상기 플러그를 포함하는 지지부의 상측 일부에 형성된 신호 전극과, 상기 신호 전극의 상부에 형성된 변형부와, 상기 변형부 및 상기 멤브레인의 상부에 형성된 반사막으로 이루어진 액츄에이터를 구비한다. 따라서, 변형부가 신호 전극의 상부에만 형성되므로 변형부와 멤브레인의 열팽창계수차에 의한 스트레스와 상호작용에 의한 힐록을 방지하여 반사막이 평탄하고 크랙의 발생을 억제할 수 있다.

Description

광로조절장치 및 그 제조방법
제1도는 본 발명에 따른 광로조절장치의 평면도.
제2도는 제1도를 a-a선으로 자른 단면도.
제3도(a) 내지 (d)는 본 발명에 따른 광로조절장치의 제조공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 구동 기판 13 : 접속단자
15 : 지지부 17 : 희생막
19 : 멤브레인 21 : 플러그
23 : 신호전극 25 : 변형부
27 : 유전막 29 : 반사막
30 : 액츄에이터
본 발명의 투사형 화상 표시기에 이용되는 광로조절장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 반사막의 크랙(crack) 방지 및 평탄도를 향상시킬 수 있는 광로조절장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
화상표시장치는 표시방법에 따라, 직시형 화상표시장치와 투사형 화상표시장치로 구분된다.
직시형 화상표시장치는 CRT(Cathode Ray Tube)등이 있는데, 이러한 CRT 화상표시장치는 화질은 좋으나 화면이 커짐에 따라 중량 및 두께의 증대와, 가격이 비싸지는 등의 문제점이 있어 대화면을 구비하는데 한계가 있다.
투사형 화상표시장치는 대화면 액정표시장치(Liquid Crystal Display:이하 LCD라 칭함)등이 있는데, 이러한 대화면 LCD의 박형화가 가능하여 중량을 작게 할 수 있다. 그러나, 이러한 LCD는 편광판에 의한 광손실이 크고 LCD를 구동하기 위한 박막트랜지스터가 화소마다 형성되어 있어 개구율(광의 투과면적)을 높이는데 한계가 있으므로 광의 효율이 매우 낮다.
그와 같은 LCD의 단점을 개선하기 위해서, 액추에이티드 미러 어레이(AMA:Actuated Mirror Arrays)를 이용한 투사형 화상표시장치가 개발되었다.
투사형 화상표시장치는 1차원 AMA를 이용하는 것과 2차원 AMA를 이용하는 것으로 구별된다. 1차원 AMA는 거울면들이 M1 어레이로 배열되고, 2차원 AMA는 거울면이 MN 어레이로 배열되고 있다. 따라서 1차원 AMA를 이용하는 투사형 화상표시장치는 주사거울을 이용하여 M1개의 광속들을 선주사시키고, 2차원 AMA를 이용하는 투사형 화상표시장치는 MN개의 광속들을 투사시켜 MN 화소의 어레이를 가지는 영상을 나타내게 된다.
종래의 박막의 액츄에이터를 이용한 광로조절장치의 제조방법은 본 출원인이 대한민국 특허청에 1993년 12월 30일에 특허 출원한 특허 제93-31717호(발명의 명칭:투사형 화상표시장치의 광로조절장치의 제조방법)에 개시되어 있다. 상기 방법은 구동기판 상부의 소정 부분에 한 화소당 2개의 지지부를 이격되도록 선택적으로 형성하고 이 지지부들의 상부에 일측의 소정부분이 걸치도록 각 화소의 영역에 멤브레인을 형성한다. 그 다음, 멤브레인 상부의 지지부들과 중첩되는 부분을 포함하여 타측으로 소정 부분 신장된 신호전극을 선택적으로 형성한 후 전면에 변형부와 바이어스전극으로도 이용되는 반사막을 순차적으로 형성한다. 그리고, 반사막부터 멤브레인까지 식각하여 각 화소단위로 분리함과 동시에 지지부들 사이의 멤브레인이 움직일 수 있도록 일측으로 부터 타측 방향으로 신장된 신호전극까지 전달한다.
상술한 종래의 방법에 의해 제조된 광로조절장치는 신호전극에 화상신호와 반사막에 바이어스전압이 인가되면 변형부는 신호전극과 반사막이 중첩되는 부분에서만 전계가 발생되어 휘어진다. 상기에서 신호전극이 형성되어 있지 않는 부분은 변형부가 휘어지지 않지만 휘어진 부분에 의해 평탄하게 경사지게 되어 광효율이 크게 된다.
그러나, 상술한 종래의 광로조절장치는 신호전극을 개재시키지 않고 변형부와 멤브레인이 접촉되므로 열팽창 계수의 차이에 의해 스트레가 발생되어 반사막에 크랙이 발생되는 문제점이 있었다. 또한 스트레스가 커지게 되면 변형부와 멤브레인이 박리되며, 또한, 변형부를 형성할 때 멤브레인과 상호작용에 의해 힐록이 발생되므로 반사막의 평탄도를 저하시키는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 반사막에 크랙이 발생되는 것을 방지하고 평탄도를 향상시킬 수 있는 광로조절장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 반사막에 크랙이 발생되는 것을 방지하고 평탄도를 향상시킬 수 있는 광로조절장치의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광로조절장치는 트랜지스터가 매트릭스 형태로 내장되고 표면에 상기 트랜지스터 각각에 전기적으로 연결된 접속단자를 2개씩 갖는 구동기판과, 상기 구동기판에 상기 접속단자를 각각 에워싸여 분리되게 형성된 지지부와, 상기 지지부의 상부에 일측이 접촉되도록 실장되며 상기 지지부의 대향하는 면과 일치되도록 타측으로 연장된 멤브레인과, 상기 멤브레인과 지지부를 관통하여 상기 접속단자와 전기적으로 연결되는 플러그와, 상기 플러그에 전기적으로 연결되고, 상기 플러그를 포함하는 지지부의 상측 일부에 형성된 신호 전극과, 상기 신호 전극의 상부에 형성된 변형부와, 상기 변형부 및 상기 멤브레인의 상부에 형성된 반사막으로 이루어진 액츄에이터를 구비한다.
또한, 상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광로조절장치의 제조방법은 트랜지스터가 매트릭스 형태로 내장되고 상기 트랜지스터 각각에 2개의 접속단자가 전기적으로 연결되도록 형성된 구동기판의 상부에 상기 접속단자와 접속되지 않도록 희생막을 형성하는 공정과, 상기 희생막이 형성되지 않은 구동기판의 상부에 상기 접속단자를 에워싸는 지지부를 형성하는 공정과, 상기 희생막과 지지부의 상부에 멤브레인을 형성하고 상기 멤브레인과 지지부의 소정 부분을 접속단자가 노출되도록 제거하고 플러그를 형성하는 공정과, 상기 지지부 및 멤브레인의 상부에 신호 전극 및 변형부를 순차적으로 형성하는 공정과, 상기 변형부 및 신호 전극을 순차적으로 패터닝하여 상기 변형부 및 신호 전극의 형성 범위를 상기 지지부의 상측 일부로 한정하는 공정과, 상기 변형부의 상부에 반사막을 형성하는 공정과, 상기 반사막부터 멤브레인까지를 희생막이 노출되도록 지지부의 일측면과 일치되게 제거함과 동시에 대향하는 지지부 사이의 신호 전극과 중첩되지 않는 부분도 중첩된 부분과 분리시키는 공정과, 상기 희생막을 제거하는 공정을 구비한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명에 따른 광로조절장치의 평면도이고, 제2도는 제1도를 a-a선으로 자른 단면도이다.
광로조절장치는 구동기판(11) 및 액츄에이터(30)를 포함한다.
구동기판(11)은 유리 또는 알루미나(Al2O3)등의 절연물질이나, 또는 실리콘등의 반도체로 이루어지며 MN개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 매트릭스 형태로 내장되어 있다. 또한, 구동기판(11)의 표면에 트랜지스터와 전기적으로 연결된 접속단자(13)가 형성되어 있는데, 각 트랜지스터마다 2개의 접속단자(13)가 연결되도록 형성되어 있다.
액츄에이터(30)은 지지부(15), 멤브레인(19), 플러그(plug:21), 변형부(25)와 신호전극(23) 및 반사막(29)과 유전막(27)으로 이루어져 이웃하는 액츄에이터(도시되지 않음)와 분리되어 있다.
상기 지지부(15)는 구동기판(11)의 상부에 동일한 트랜지스터와 전기적으로 연결된 2개의 접속단자(13)를 각각 분리되어 덮도록 형성되며, 멤브레인(19)는 지지부(15)의 상부에 하부표면의 소정부분만 접촉되고 지지부(15) 사이를 포함하는 나머지 부분은 공간에 노출되게 형성된다. 또한, 멤브레인(19)은 지지부(15) 사이부분의 끝 부분이 x축을 따라 소정길이만큼 절단되어 있다. 그리고, 신호전극(23)은 멤브레인(19)의 상부에 지지부(15)와 중첩되는 부분을 포함하고 x축을 따라 절단된 부분에 걸쳐 형성된다. 지지부(15) 및 멤브레인(19)은 질화실리콘, 탄화실리콘 또는 산화실리콘을 스퍼터링(sputtering) 또는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition:이하 CVD라 칭함)등의 방법에 의해 형성된다. 그리고, 상기 변형부(25)는 BaTiO3, PZT(Pb(Zr,Ti)O3) 또는 PLZT(Pb,La)(Zr,Ti)O3) 등의 압전세라믹이나, 또는 PMN(Pb(Mg,Nb)O3) 등의 전왜세라믹을 0.7∼2μm 정도의 두께로 도포하여 형성된다. 신호전극(23)은 백금(Pt) 또는 백금/티타늄(Pt/Ti)등을 500∼2000정도의 두께로 도포하여 형성된다.
플러그(21)는 지지부(15) 및 멤브레인(19)을 관통하여 접속단자(13)와 신호전극(23)을 전기적으로 연결시키는 것으로 텅스텐(W) 또는 티타늄으로 형성된다.
반사막(29)은 변형부(25) 및 멤브레인(19)의 상부 표면에 알루미늄 또는 은등의 반사특성이 양호한 금속을 스퍼터링 또는 진공증착등에 의해 500∼2000정도의 두께로 도포하여 형성된다. 상기에서, 거울(29)을 형성하는 알루미늄이나 은등은 전기적 특성이 우수한 물질이므로 바이어스전극의 기능을 동시에 수행한다. 그러므로 신호전극(23)과 반사막(29)의 사이에는 단락되는 것을 방지하기 위한 유전막(27)이 형성된다.
상술한 구조의 광로조절장치는 구동기판(11)의 동일한 트랜지스터에 전기적으로 연결된 2개의 접속단자(13)와 플러그(21)를 통해 신호전극(23)에 동일한 화상신호가 인가되고, 반사막(29)에는 바이어스전압이 인가된다. 그러므로, 신호전극(23)과 반사막(29) 사이에 개재되어 있는 변형부(25)에 전계가 발생되며, 이에 의해 변형부(25)는 수축변형을 하게 된다. 이때, 변형부(25)는 멤브레인(19)과의 변형량 차이에 의해 휘어져 경사진다. 이에 의해, 멤브레인(19)과 반사막(29)도 경사지게 되는데 변형부(25)와 중첩된 부분은 변형부(25)와 동일하게 휘어져 경사지게 되나 나머지 부분은 평탄하게 경사져 반사특성을 향상시킨다. 또한, 변형부(25)가 멤브레인(19)과 접촉되지 않고 신호전극(23)의 상부에만 형성되므로 열팽창계수의 차이에 의한 스트레스나, 변형부(25)와 멤브레인(19)이 상호작용하여 발생되는 힐록생성을 방지할 수 있다. 따라서, 반사막(29)은 평탄하게 형성될 뿐만 아니라 크랙의 발생이 억제된다. 상기에서, 변형부(25)와 멤브레인(19) 사이의 단차, 또는 유전막(27)에 의한 단차에 의해 반사막(29)의 소정 부분의 표면상태가 나쁘게 되나, 이는 반사막(29) 전체의 면적에 비해 매우 좁은 면적이므로 광특성의 저하가 미미하게 된다.
제3도(a) 내지 (d)는 본 발명에 따른 광로조절장치의 제조공정도이다.
제3도(a)를 참조하면, 트랜지스터(도시되지 않음)가 매트릭스 형태로 내장되고, 상부에 각 트랜지스터와 2개씩 전기적으로 연결된 접속단자(13)을 갖는 구동기판(11)의 표면에 희생막(17)을 형성한다. 상기에서, 희생막(17)을 Mo, Cu, Fe, Ni, 또는 Al 등의 금속물질, PSG(Phoshop-Silicate Glass) 또는 다결정실리콘 등으로 1∼2μm 정도 두께로 형성하는데, 금속물질로 형성할 때는 스퍼터링(sputtering) 방법으로, PSG로 형성할 때는 스핀코팅(spin coating)이나 화학기상증착(CVD) 방법으로, 다결정실리콘으로 형성할 때는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)법으로 형성한다. 그리고, 접속단자(13)가 형성된 부분의 희생막(17)을 통상의 포토리쏘그래피(photolithography) 방법으로 제거하여 접속단자(13)와 주위의 구동기판(11)을 노출시킨다. 그 다음, 상술한 구조의 전 표면에 질화실리콘(Si3N4) 산화실리콘(SiO2) 탄화규소 등의 규화물을 스퍼터링 또는 CVD 방법 등에 의해 1∼2μm 정도의 두께로 침적한 후 포토리쏘그래피 방법에 의해 희생막(17) 상부에 침적된 것을 제거하여 지지부(15)를 형성한다. 상기에서 규화물은 CVD 방법으로 도포되며 지지부(15)는 구동기판(11)의 노출된 부분에 접속단자(13)를 에워싸도록 형성된다. 또한, 상기에서 규화물을 스퍼터링에 의해 침적한다면, 상기 희생막(17)을 식각할 때 마스크로 이용된 포토레지스트층(도시되지 않음)을 제거하지 않고 지지부(15)를 리프트-오프(lift-off)방법으로 형성할 수도 있다.
제3도(b)를 참조하면, 상기 지지부(15)와 희생막(17)의 상부에 멤브레인(19)을 형성한다. 멤브레인(19)은 상기 지지부(15)를 이루는 물질과 동일한 물질을 스퍼터링 또는 CVD 방법에 의해 0.7∼2μm 정도의 두께로 침적하여 형성한다. 그 다음, 접속단자(13) 상부 소정부분의 멤브레인(19)과 지지부(15)를 제거하여 구멍을 형성한다. 그리고, 구멍 내부에 텅스텐(W) 또는 티타늄(Ti) 등의 전도성금속을 채워 접속단자(13)와 전기적으로 연결되는 플러그(plug:21)를 형성한다.
제3도(c)를 참조하면, 멤브레인(19)의 표면에 백금(Pt) 또는 백금/티타늄(Pt/Ti) 등을 진공증착 또는 스퍼터링 등의 방법으로 500∼2000정도의 두께로 도포하여 신호전극(23)을 형성한다. 상기에서 신호전극(23)을 플러그(21)들과 전기적으로 연결되도록 형성하여 플러그(21)들에 의해 접속단자(13)들과 신호전극(23)을 전기적으로 연결시킨다. 그리고, 신호전극(23)의 상부에 변형부(25)를 형성한다. 상기에서, 변형부(25)는 BaTiO3, PZT(Pb(Zr,Ti)O3) 또는 PLZT((Pb,La)(Zr,Ti)O3) 등의 압전세라믹이나, 또는 PMN(Pb(Mg,Nb)O3) 등의 전왜세라믹을 Sol-Gel법, 스퍼터링 또는 CVD법 등에 의해 0.7∼2μm 정도의 두께로 도포하여 형성된다. 상기에서 변형부(25)가 얇게 형성되므로 별도의 분극을 하지 않고도 구동시 인가되는 화상신호에 의해 분극된다. 그 다음, 통상의 포토리쏘그래피방법에 의해 지지부(15) 및 희생막(17)의 일부와 중첩되는 부분을 제외한 나머지 부분의 변형부(25)와 신호전극(23)을 제거한다. 그리고, 변형부(25) 및 신호전극(23)의 식각되어 노출된 모서리에 유전막(27)을 형성한다. 상기 유전막(27)은 전술한 구조의 전표면에 질화실리콘, 탄화실리콘 또는 산화실리콘 등의 상기 멤브레인(19)과 동일한 물질을 1000∼3000정도의 두께로 도포한 후 포토리쏘그래피 방법에 의해 소정부분이 변형부(25)와 멤브레인(19)에 겹치도록 하므로써 형성된다.
제3(d)도를 참조하면, 전술한 구조의 전 표면에 알루미늄 또는 은등의 반사특성 및 전기적 특성이 우수한 물질을 스퍼터링 또는 진공증착등의 방법으로 500∼2000정도의 두께로 도포하여 반사막(29)을 형성한다. 상기 반사막(29)은 전기적 특성이 우수하므로 바이어스전극으로 이용된다. 그리고, 상기 지지부(15)의 일측끝에 모서리가 일치되도록 상기 반사막(29)부터 멤브레인(19)까지 희생막(17)의 노출되도록 레이저빔에 의한 절단이나 포토리쏘그래피 방법에 의한 드라이 에칭(Dry Etching)으로 제거하여 액츄에이터(30)를 분리한다. 이때, 반사막(29)부터 멤브레인(19)까지를 동일한 액츄에이터(30)의 2개의 지지부(15)의 마주보는 면에 각기 일치되어 신장된 신호전극(23)의 끝과 일치되도록 반사막(29)부터 멤브레인(19)까지를 절단된다. 그 다음, 상기 희생막(17)을 습식방법으로 제거한다.
따라서, 본 발명은 변형부가 신호전극의 상부에만 형성되므로 변형부와 멤브레인의 열팽창계수차에 의한 스트레스와 상호작용에 의한 힐록을 방지하여 반사막이 평탄하고 크랙의 발생을 억제할 수 잇점이 있다.

Claims (6)

  1. 트랜지스터가 매트릭스 형태로 내장되고 표면에 상기 트랜지스터 각각에 전기적으로 연결된 접속단자를 2개씩 갖는 구동기판과, 상기 구동기판에 상기 접속단자를 각각 에워싸여 분리되게 형성된 지지부와, 상기 지지부의 상부에 일측이 접촉되도록 실장되며 상기 지지부의 대향하는 면과 일치되도록 타측으로 연장된 멤브레인과, 상기 멤브레인과 지지부를 관통하여 상기 접속단자와 전기적으로 연결되는 플러그와, 상기 플러그에 전기적으로 연결되고, 상기 플러그를 포함하는 지지부의 상측 일부에 형성된 신호 전극과, 상기 신호 전극의 상부에 형성된 변형부와, 상기 변형부 및 상기 멤브레인의 상부에 형성된 반사막으로 이루어진 액츄에이터를 구비하는 광로조절장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신호전극이 멤브레인의 절단부분과 일치되게 신장된 광로조절장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 신호전극과 변형부의 절단된 측면과 반사막사이에 유전막이 더 구비하는 광로조절장치.
  4. 트랜지스터가 매트릭스 형태로 내장되고 상기 트랜지스터 각각에 2개의 접속단자가 전기적으로 연결되도록 형성된 구동기판의 상부에 상기 접속단자와 접속되지 않도록 희생막을 형성하는 공정과, 상기 희생막이 형성되지 않은 구동기판의 상부에 상기 접속단자를 에워싸는 지지부를 형성하는 공정과, 상기 희생막과 지지부의 상부에 멤브레인을 형성하고 상기 멤브레인과 지지부의 소정 부분을 접속단자가 노출되도록 제거하고 플러그를 형성하는 공정과, 상기 지지부 및 멤브레인의 상부에 신호 전극 및 변형부를 순차적으로 형성하는 공정과, 상기 변형부 및 신호 전극을 순차적으로 패터닝하여 상기 변형부 및 신호 전극의 형성 범위를 상기 지지부의 상측 일부로 한정하는 공정과, 상기 변형부의 상부에 반사막을 형성하는 공정과, 상기 반사막부터 멤브레인까지를 희생막이 노출되도록 지지부의 일측면과 일치되게 제거함과 동시에 대향하는 지지부 사이의 신호 전극과 중첩되지 않는 부분도 중첩된 부분과 분리시키는 공정과, 상기 희생막을 제거하는 공정을 구비하는 광로조절장치의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 패터닝된 신호전극 및 변형부의 측면에 유전막을 형성하는 공정을 더 구비하는 광로조절장치의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 유전막을 질화실리콘, 산화실리콘 또는 탄화실리콘들 중 어느 하나로 형성하는 광로조절장치의 제조방법.
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