KR100207373B1 - 광로조절장치의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제조공정을 용이하게 하며 광효율을 높게 하기에 적합한 투사형 화상표시장치의 광로조절장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 보강대(140)을 형성시킴으로써 거울(110)의 휨을 방지하고 또한 거울(110)의 반사면을 편평하게 구동시킬 수 있어 더욱 광효율을 높일 수 있는 개선된 광로조절장치의 제조방법에 관한 것이다.
Description
제1도는 종래의 광로조절장치의 단면도.
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 광로조절장치의 사시도.
제3도는 제2도의 실시예에 따른 광로조절장치의 밑면도.
제4도는 본 발명의 실시예에 따른 지지부 및 보강대의 형성방법.
제5도는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 지지부 및 보강대의 형성방법.
제6도는 광로조절장치의 형성 과정의 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
110 : 거울 115 : 플러그
120 : 지지부 122 : 하단 지지부
124 : 상단 지지부 130 : 구동기판
160 : 신호전극 170 : 변형부
180 : 탄성부 190 : 바이어스 전극
400 : 액츄에이터 500 : 광로조절장치
본 발명은 투사형 화상표시장치에 이용되는 광로조절장치의 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 우수한 광효율과 양산성을 겸비한 광로조절장치의 제조방법에 관한 것이다.
화상표시장치는 표시방식에 따라 직시형 화상표시장치와 투사형 화상표시장치로 구분된다. 직시형 화상표시장치는 CRT(Cathode Ray Tube)등이 있는데, 이러한 CRT 화상표시장치는 화질이 좋으나 화면이 커짐에 따라 중량 및 두께의 증가와, 가격이 비싸지는 문제점이 있어 대화면을 구비하는데 한계가 있다. 투사형 화상표시장치는 대화면 액정표시장치(Liquid Crystal Display:이하 LCD라 칭함)등이 있는데, 이러한 대화면 LCD는 박형화가 가능하여 중량을 작게 할 수 있다. 그러나, 이러한 LCD는 편광판에 의한 광의 손실이 크고, LCD를 구동하기 위한 박막 트랜지스터가 화소마다 형성되어 있어 개구율(광의 투과면적)을 높이는데 한계가 있으므로 광의 효율이 매우 낮다.
이러한, LCD의 단점을 보완하고자 미합중국 Aura사에서 액추에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Arrays:이하 AMA라 칭함)을 이용한 투사형 화상표시장치가 개발되었다. AMA를 이용한 투사형 화상표시장치 광원에서 발광된 백색광을 적색, 녹색 및 청색의 광속(light beam)등으로 분리한 후, 이 광속들을 액츄에이터들의 변형에 의해 기울어지는 반사경들에 각각 반사시켜 광로(light path)들을 조절하고, 이 광속들의 광량을 조절하여 화면으로 투사시킴으로써 화상을 나타낸다. AMA는 구동방식에 따라 액츄에이터가 M×1개인 1차원 AMA와 M×N개인 2차원 AMA로 구분된다. 상기에 액츄에이터는 압전물질이나 전왜물질로 이루어지는 변형부와 전극들을 포함하여 전계발생시 변형되어 상부에 있는 거울을 기울어지게 한다.
제1도는 종래의 광로조절장치(10)의 단면도이다.
상기 종래의 광로조절장치(10)는 구동기판(11), 지지부(27), 액츄에이터(30) 및 거울(29)들을 포함한다.
구동기판(11)은 유리 또는 알루미나(Al2O3) 등이 절연물질이나 실리콘 등의 반도체로 이루어지며 M×N개의 트랜지스터들(도시되지 않음)이 매트릭스(matrix) 형태로 내장되어 있으며 표면에 상기 트랜지스터들과 전기적으로 연결된 접속단자(13)들이 형성되어 있다.
액츄에이터(30)는 변형부(17), 신호전극(19), 플러그(15), 바이어스 전극(23) 및 탄성부(25)로 이루어져 있다.
변형부(17)는 전왜 세라믹 또는, 수직 축을 따라 서로 반대 방향으로 분극(polarization)되는 압전 세라믹으로 형성되어 있으며, 변형부(17)의 하부 표면에 신호전극(19)과 상부 표면에 바이어스 전극(23)이 형성되어 있다. 신호전극(19)은 구동기판(11)의 접속단자(13)와 전기적으로 접속되며 인접한 액츄에이터들의 신호전극들과 이격되어 트랜지스터들과 접속단자(13)를 통해 외부회로(도시되지 않음)로 부터 화상신호가 입력된다. 그리고, 탄성부(25)는 상부 표면에 신호전극(19)과 하부 일측면의 지지부(27) 사이에 형성된다.
거울(29)은 반사 특성이 양호한 금속으로 형성되며 입사되는 광의 경로를 바꾸어 반사시킨다. 상기에서 거울(29)에 의해 반사된 광에 의해 화상을 형성할 때 색의 연속성을 유지하여 자연스러운 화상을 형성하기 위해 인접하는 액츄에이터들은 경사각도의 차가 있더라도 동일한 방향으로 구성되어야 한다. 그러므로, 상기 액츄에이터(30)와 인접하는 액츄에이터들에 위상이 서로 다른 화상신호들을 입력시킨다. 그리고, 지지부(27)는 제2도에 도시된 바와 같이, 액츄에이터(30)의 한쪽 일측면과 구동기판(11) 사이에 고착되어 있다.
그러나, 종래의 광로조절장치(10)는 지지부(27)가 액츄에이터(30)의 일측면에 고착되어 있으므로 액츄에이터(30)의 자중이나 응력(stress)에 의해 액츄에이터(30)의 휨이 발생하는 구조적인 문제점이 있다.
그리고, 액츄에이터(30)의 구동시 거울(29)면이 편평하지 않아 광효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 양질의 우수한 대화면을 구성하기 위해 우수한 광효율을 갖는 광로조절장치의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 자중이나 응력에 의한 거울의 휨방지와 구동시 편평한 거울을 유지하는 보강대를 갖는 광로조절장치의 제조방법을 제공하는데 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 광로조절장치(500)의 사시도이다. 본 발명의 광로조절장치(500)는 구동기판(130), 액츄에이터(400), 보강대(140) 및 거울(110)을 포함한다.
제3도는 제2도의 실시예에 따른 광로조절장치(500)를 밑에서 본 모습을 도시한 것이다.
제4도는 본 발명의 실시예에 따른 지지부(122,124) 및 보강대(140)를 형성하는 과정을 도시한 것이다.
제5도는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 지지부(120) 및 보강대(140)를 형성하는 과정을 도시한 것이다.
제6도는 본 발명에 따라 광로조절장치(500)의 제조과정을 도시한 도면이다.
먼저, 제2도에 도시된 구동기판(130)은 알루미나(Al2O3)등의 절연물질이거나, 또는 실리콘 등의 반도체로 이루어지며 M×N개의 트랜지스터들(도시되지 않음)이 매트릭스 형태로 내장되어 있다. 또한, 구동기판(130)은 플러그(115) 및 신호전극(160)과 전기적으로 접속되어 있다.
한편, 액츄에이터(400)는 신호전극(160), 탄성부(180), 변형부(170), 바이어스 전극(190) 및 플러그(115)로 이루어져 이웃하는 액츄에이터(도시되지 않음)들과 분리되어 있다.
신호전극(160)은 탄성부(180)와 변형부(170) 사이에 형성된다. 또한, 신호전극(160)은 플러그(115)와 전기적으로 접속되며 스퍼터링(sputtering) 또는 진공증착법(Evaporation)에 의해 전도성의 백금, 티타늄의 금속을 도포하여 형성된다.
탄성부(180)는 지지부(122,124) 및 보강대(140) 상단에 형성되는 것으로, 스퍼터링 또는 CVD 방법에 의해 질화물 또는 산화물등의 세라믹 재질을 도포하여 형성된다.
변형부(170)는 신호전극(160)과 바이어스 전극(190) 사이에 형성되는데, BaTiO3, PZT(Pb(Zr,Ti)O3) 또는 PLZT((Pb,La)(Zr,Ti)O3) 등의 압전 세라믹이나, 또는 PMN(Pb(Mg,Nb)O3) 등의 전왜 세라믹을 솔젤법(Sol-Gel), 스퍼터링 또는 CVD 방법에 의해 0.7∼2정도의 두께로 도포하여 형성된다. 한편, 변형부(170)는 압전 세라믹 또는 전왜 세라믹으로 이루어져 전계 발생시 변형되어 상부에 있는 거울(110)을 경사(tilting)지게 한다.
바이어스 전극(190)은 백금, 은 또는 알루미늄 재질을 사용하여 변형부(170) 상부에 박막으로 형성되지만 반사특성이 양호한 금속을 사용할 경우에는 별도로 거울(110)을 사용하지 않고 거울(110)의 역할을 동시에 수행한다.
플러그(115)는 제2도 및 제3도에 도시된 바와 같이, 지지부(122,124)를 관통하여 구동기판(130)과 전기적으로 접속(도시되지 않음)되며, 텅스텐 또는 티타늄을 도포하여 형성된다. 또한, 플러그(115)는 에치백(etch back) 또는 SOG(spin on glass) 과정을 거쳐 최종적으로 형성된다.
한편, 지지부는 제2도 및 제3도에 도시된 바와 같이, 상단 지지부(124) 및 하단 지지부(122)로 나누어 제조되는데 질화물(Nitride) 또는 산화물(Oxide)의 세라믹을 스퍼터링 또는 CVD 방법에 의해 도포한다. 그리고나서, 포토리소그라피(Photolithography) 및 에칭(etching)으로 지지부(120)의 패턴을 형성한다. 한편, 지지부(122,124)는 탄성부(180)의 재질과 동일하며, 금속으로 형성될 수도 있다.
한편, 제2도 및 3도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 보강대(140)를 형성하면 액츄에이터(400)의 구부러짐을 방지하고, 보강대(140) 상부의 두 부분의 구동부위(액츄에이터(400))중 하나가 결함으로 작동하지 않아도 거울(110)을 편평하게 구동시킬 수 있다. 또한, 보강대(140)의 사용가능한 재질은 질화물 또는 산화물의 세라믹이나 금속으로 이루어지는데 상기 지지부(122,124)와 동일한 재질을 사용한다.
거울(110)은 바이어스 전극(190)의 상부 표면에 알루미늄 또는 은 등의 반사특성이 양호한 금속을 스퍼터링 또는 진공증착방법 등에 의해 500∼2000정도의 두께로 도포하여 형성된다. 한편, 거울(110)은 변형부(170)의 표면에 형성될 수 있다. 이러한 경우에는 바이어스 전극(190)이 별도로 형성되지 않고 거울(110)이 바이어스 전극의 기능을 동시에 수행한다. 그리고, 변형부(170)가 전계 발생시 변형되면 거울(110)은 기울어진다.
먼저, 제4도는 본 발명의 실시예에 따른 지지부(122,124) 및 보강대(140)의 형성방법을 도시한 것이다. 제4도를 참조하여 본 발명의 지지부(122,124) 및 보강대(140)의 형성방법을 설명하면 다음과 같다.
[단계 1. 하단 지지부(122) 형성]
제4도의 (a)에 도시된 바와 같이, 하단 지지부(122)는 질화물 또는 산화물의 세라믹이나 금속을 스퍼터링 또는 CVD 방법에 의해 도포된다. 이어, 하단 지지부(122)의 패턴을 형성하기 위해 포토리소그라피 및 에칭을 수행하면 하단 지지부(122)가 형성된다.
[단계 2. 제1희생층(sacrificial layer)(200) 형성]
제4도의 (b)에 도시된 바와 같이 상단 지지부(124) 및 보강대(140)의 형성을 위해 PSG, 산화규소, 몰리브덴, 크롬, 니켈, 철, 구리, 규소 및 실리콘 질화물 등의 재질을 사용하여 제1희생층(200)을 도포한다. 이어, 에치백(etch back) 또는 SOG(spin on glass)에 의해 표면을 평탄화하면 제1희생층(200)이 형성된다.
[단계 3. 상단 지지부(124) 및 보강대(140) 형성]
상단 지지부(124) 및 보강대(140)는 하단 지지부(122) 및 탄성부(180)와 동일한 재질로 구성되며, 제1희생층(200) 및 하단 지지부(122)의 상부 표면에 질화물 또는 산화물의 세라믹이나 금속을 스퍼터링 또는 CVD 방법에 의해 도포된다. 이어, 상단 지지부(124) 및 보강대(140)의 패턴을 형성하기 위해 포토리소그라피 및 에칭을 수행하면 제4도의 (c)에 도시된 바와 같이, 상단 지지부(124) 및 보강대(140)가 형성된다. 한편, 보강대(140)의 형상은 마스크(mask)의 모양을 변화시킴으로써 쉽게 바꿀 수 있다.
[단계 4. 제2희생층(300) 형성]
제2희생층(300)은 제4도의 (d)에 도시된 바와 같이, 액츄에이터(400) 및 거울(110)의 형성을 위해 상단 지지부(124) 및 보강대(140) 사이에 제1희생층(200)과 동일한 PSG, 산화규소, 몰리브덴, 크롬, 니켈, 철, 구리, 규소 및 실리콘 질화물 등의 재질을 사용하여 형성된다.
한편, 제5도를 참조하면, 제5도는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 지지부(120) 및 보강대(140)의 형성방법을 도시한 것으로, 그 형성방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 또다른 실시예에 지지부(120) 및 보강대(140)의 형성방법의 특징은 지지부(120)를 한번에 완성시키며, 제조공정 단계도 줄어든다.
[단계 1. 제1희생층(200) 형성]
보강대(140) 및 지지부(120)의 형성을 위해 PSG, 산화규소, 몰리브덴, 크롬, 니켈, 철, 구리, 규소 및 실리콘 질화물 등의 재질을 사용하여 스퍼터링 또는 CVD 방법에 의해 제1희생층(200)을 도포한다. 이어, 에치백(etch back) 또는 SOG(spin on glass)에 의해 표면을 평탄화하면 제5도의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1희생층(200)이 형성된다. 제1희생층(200)이 형성되면, 지지부(120)의 패턴을 형성하기 위해, 포토리소그라피 및 에칭을 수행하여 지지부(120)가 형성될 소정의 홈을 형성한다.
[단계 2. 지지부(120) 및 보강대(140) 형성]
먼저, 질화물 또는 산화물의 세라믹이나 금속을 제1희생층(200) 상부 표면에 스퍼터링 또는 CVD 방법을 수행하여 도포한다. 이어, 지지부(120) 및 보강대(140)의 패턴을 형성하기 위해 포토리소그라피 및 에칭을 수행한다. 그리고나서, 에치백(etch back) 또는 SOG(spin on glass) 방법을 수행하여 표면을 평탄화하면 지지부(120) 및 보강대(140)가 형성된다.
[단계 3. 제2희생층(300) 형성]
제2희생층(300)은 상기한 바와 같이, 액츄에이터(400) 및 거울(110)의 형성을 위해 지지부(120) 및 보강대(150) 사이에 제1희생층(200)과 동일한 PSG, 산화규소, 몰리브덴, 크롬, 니켈, 철, 구리, 규소 및 실리콘 질화물 등의 재질을 사용하여 도포한다. 이어, 에치백(etch back) 또는 SOG(spin on glass) 방법에 의해 표면을 평탄화하면 제2희생층(300)이 제5도의 (c)에 도시된 바와 같이 형성된다.
한편, 상기 지지부(120) 및 보강대(140)를 형성하고 나서 다음에 행할 광로조절장치(500)의 제조공정은 종래의 방법과 동일한 것으로, 그 제조공정 순서는 다음과 같다.
[단계 1. 탄성부(180) 형성]
제6도에 도시된 바와 같이, 탄성부(180)는 지지부(120)와 동일한 질화물 또는 산화물의 세라믹이나 금속을 스퍼터링 또는 CVD 방법에 의해 도포하여 형성된다.
[단계 2. 신호전극(160) 형성]
신호전극(160)은 변형부(170)와 탄성부(180) 사이에 백금 또는 백금/티타늄(Pt/Ti)을 스퍼터링 또는 진공증착방법에 의해 형성된다.
[단계 3. 변형부(170) 형성]
변형부(170)는 신호전극(160) 위에 전왜 세라믹 또는 압전 세라믹을 솔젤법(Sol-Gel), 스퍼터링 또는 CVD에 의해 0.7∼2정도의 두께로 도포하여 형성한다.
[단계 4. 바이어스 전극(190) 및 거울(110) 형성]
변형부(170) 상부 표면에 스퍼터링 또는 진공증착방법에 의해 금, 백금, 은 또는 알루미늄을 도포하여 형성되는데, 반사특성이 양호한 은 또는 알루미늄 금속을 사용할 경우에는 바이어스 전극(190)은 거울(110)의 역할을 수행한다.
[단계 5. 픽셀 패턴 형성]
제2희생층(300)의 상부면에 신호전극(160), 변형부(170), 바이어스 전극(190) 및 거울(110)에 픽셀 패턴을 형성하기 위해 소정의 홈을 형성한다. 이때, 픽셀 패턴 형성은 건식 식각(dry etching), 습식 식각(wet etching) 및 레이저 절단(laser cut)에 의해 이루어진다.
[단계 6. 희생층(200,300) 제거]
한편, 지지부(120) 사이에 공간(air gap)을 유지하기 위해 용제를 사용하여 희생층(200,300)을 제거하는데, 희생층(200,300)의 재질이 PSG 또는 산화규소일 경우에는 불화규소(HF) 용제를, 희생층(200,300)의 재질이 몰리브덴, 크롬, 니켈, 철, 구리인 경우에는 염화철 화합물(FeCl3+HCl) 용제를, 희생층(200,300)의 재질이 규소인 경우에는 수산화칼륨(KOH) 용제를, 희생층(200,300)의 재질이 실리콘 질화물인 경우에는 인산(H3PO4) 용제를 사용하여 상기 희생층을 제거하면 광로조절장치(500)의 모든 제조공정이 완료된다.
상기한 바와 같은 제조공정을 수행한 본 발명의 광로조절장치(500)는 응력(stress)이나 자중에 의한 변형을 방지할 뿐만 아니라 거울(110)의 변위(tilting)에 대해서도 유리하다.
Claims (3)
- 투사형 화상표시장치에 사용되는 광로조절장치의 제조방법에 있어서, 세라믹 또는 금속을 도포하여 구동기판(130)상에 소정의 하단 지지부(122)를 형성하는 단계와; 상기 구동기판(130)상에 상기 하단 지지부(122)와 동일한 높이의 제1희생층(200)을 형성하는 단계와; 상기 제1희생층(200)의 상부 표면에 세라믹 또는 금속의 재질을 사용하여 상단 지지부(124) 및 보강대(140)를 형성하는 단계와; 상기 상단 지지부(124) 및 보강대(140) 사이의 공간(air gap)에 제2희생층(300)을 형성하는 단계로된 광로조절장치의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 희생층(200,300)은, 산화규소, 몰리브덴, 크롬, 니켈, 철, 구리, 규소, 실리콘 질화물(silicon nitride)중 어느 하나의 재질을 사용하여 이루어진 광로조절장치의 제조방법.
- 투사형 화상표시장치에 사용되는 광로조절장치의 제조방법에 있어서, 구동기판(130)상에 제1희생층(200)을 도포하고 패턴을 형성하는 단계와; 상기 제1희생층(200) 상부에 세라믹 또는 금속을 도포하여 지지부(120) 및 보강대(140)를 형성하는 단계와; 상기 보강대(140) 및 지지부(120) 사이의 공간(air gap)에 제2희생층(300)을 형성하는 단계의 광로조절장치의 제조방법.
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