KR100229784B1 - 광로 조절장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광로조절장치(500)에 관한 것으로, 트랜지스터들이 내장되고 전기적으로 접속단자를 갖는 구동기판상에 형성되는 지지부(120)와, 상기 지지부(120)의 홈에 접속단자와 연결하는 플러그(115)와, 플러그(115)와 전기적으로 접속되는 신호전극(160)과, 박막의 세라믹으로 이루어지는 변형부(170)와 반사특성이 양호한 금속으로 이루어진 거울(110)을 구비하고, 거울(110)과 변형부(170) 중간층 사이에 홈을 형성한다. 따라서, 본 발명의 광로조절장치(500)는 안정된 구조를 형성하고, 액츄에이터(400) 구동시 거울(110)의 반사면을 편평한 상태로 사용가능하다.

Description

광로 조절 장치
제1도는 종래 광로 조절 장치의 평면도.
제2도는 제1도에 도시된 광로 조절 장치의 단면도.
제3도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광로 조절 장치의 평면도.
제4도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광로 조절 장치의 단면도.
제5도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광로 조절 장치의 외관도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
110 : 거울 115 : 플러그
120 : 지지부 130 : 구동 기판
150 : 접속단자 160 : 신호 전극
170 : 변형부 180 : 희생층
190 : 바이어스 전극 400 : 액츄에이터
500 : 광로 조절 장치
본 발명은 투사형 화상 표시 장치에 이용되는 광로 조절 장치에 관한 것으로, 특히 변형부가 박막의 세라믹으로 이루어진 광로 조절 장치에 관한 것이다.
화상 표시 장치는 표시 방식에 따라 직시형 화상 표시 장치와 투사형 화상 표시 장치로 구분된다. 직시형 화상 표시 장치는 CRT(Cathode Ray Tube)등이 있는데, 이러한 CRT 화상 표시 장치는 화질이 좋으나 화면이 커짐에 따라 중량 및 두께의 증가와, 가격이 비싸지는 문제점이 있어 대화면을 구현하는 데 한계가 있다. 투사형 화상 표시 장치는 대화면 액정 표시 장치(Liquid Crystal Dispaly: 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 투과 면적)을 높이는데 한계가 있으므로 광의 효율이 매우 낮다.
이러한, LCD의 단점을 보완하고자 미합중국 Aura 사에서 액츄에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Arrays: 이하 AMA라 칭함)을 이용한 투사형 화상 표시 장치가 개발되었다. AMA를 이용한 투사형 화상 표시 장치는 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.
이때, AMA는 구동 방식에 따라 액츄에이터가 M×1 개인 1차원 AMA 와 M×N 개인 2차원 AMA로 구분되며, 액츄에이터는 압전 물질이나 전왜 물질로 이루어지는 변형부와 전극들을 포함하여 전계 발생시에 변형되므로써 상부에 있는 거울을 임의의 각도로 기울어지게 한다.
제 1 도는 종래 광로 조절 장치(10)의 평면도이고, 제 2 도는 종래 광로 조절장치(10)의 단면도이다. 종래 광로 조절 장치(10)는 구동 기판(11), 지지부(27), 액츄에이터(30) 및 거울(29)들을 포함한다.
제 2 도를 참조하면, 구동 기판(11)은 유리 또는 알루미나(Al2O3)등의 절연물질이나 실리콘 등의 반도체로 이루어지며, M×N개의 트랜지스터들(도시생략)이 매트릭스(matrix)형태로 내장되어 있으며 표면에 트랜지스터들과 전기적으로 연결된 접속단자(13)들이 형성되어 있다.
또한, 액츄에이터(30)는 변형부(17), 신호 전극(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 표면에는 신호 전극(19)이 형성되어 있고 상부 표면에는 바이어스 전극(23)이 형성되어 있다. 여기에서, 신호 전극(19)은 구동 기판(11)의 접속단자(13)와 전기적으로 접속되며, 인접한 액츄에이터들의 신호 전극들과 이격되어 트랜지스터들과 접속단자(13)를 통해 외부 회로(도시생략)로부터 화상신호가 입력된다. 그리고, 탄성부(25)는 신호전극(19)의 하부에 형성되어 액츄에이터가 편평하게 유지되도록 지지한다.
거울(29)은 반사 특성이 양호한 금속으로 형성되며, 입사되는 광의 경로를 바꾸어 반사시킨다. 여기에서 거울(29)을 통해 반사된 광에 의해 화상을 형성할 때 색의 연속성을 유지하여 자연스러운 화상이 형성될 수 있도록 인접하는 액츄에이터들은 경사 각도의 차가 있더라도 동일한 방향으로 구성되어야 한다. 그러므로, 액츄에이터(30)와 인접하는 액츄에이터들에 위상이 서로 다른 화상신호들을 입력시킨다.
그리고, 지지부(27)는, 제 2 도에 도시된 바와같이, 액츄에이터(30)의 한쪽 일측면과 구동 기판(11)사이에 고착되어 있다.
그러나, 상기한 바와같은 구조로 된 종래의 광로 조절 장치(10)는 지지부(27)가 액츄에이터(30) 하부의 안쪽 일측면에 고착도어 있으므로 액츄에이터(30)의 자중이나 응력(stress)에 의해 액츄에이터(30)가 변형될 수 있으며, 이와같이 액츄에이터(30)에 변형이 발생하는 경우 거울(110)의 휨이 발생하게 되고, 그 결과로써 광효율이 저하된다는 문제가 있다.
또한, 일측 종단이 지지부(27)에 고정되고 타측 종단이 임의의 각도로 틸팅하는 자유단으로 이용되는 구조의 종래 광로 조절 장치는 거울의 일부, 즉 지지부(27)상에 형성된 거울(29)면을 광로 조절을 위한 반사면으로 사용하지 못하기 때문에 광효율이 떨어질 수밖에 없는 근본적인 문제점을 내포하고 있다.
더욱이, 일측 종단이 지지부(27)에 고정되고 타측 종단이 임의의 각도로 틸팅하는 자유단으로 이용되는 구조의 종래 광로 조절 장치는, 액츄에이터(30)가 편평하게 유지되도록 지지하기 위하여, 신호 전극(19)의 하부에 일정 강도를 갖는 소정 두께의 탄성부(25)륵ㄹ 구비해야만 하기 때문에 구조 간소화의 큰 저해 요인으로 작용하고 있는 실정이다.
본 발명은, 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 응력이나 자중에 의한 액츄에이터의 변형을 방지함으로서 향상된 양질의 광효율을 유지할 수 있는 광로 조절 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 거울 반사면의 이용 확대를 통해 광효율을 개선할 수 있는 광로 조절 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 경박 단소화를 실현할 수 있는 광로 조절 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N개의 트랜지스터에 전기적으로 각각 연결된 M×N개의 접속 단자를 갖는 구동 기판과, N×N개의 지지부내 각 플러그를 통해 상기 각 트랜지스터에 전기적으로 연결되는 M×N개의 액츄에이터로된 광로 조절 장치에 있어서, 상기 각 액츄에이터는 : 대응하는 지지부를 중심으로 양측 방향으로 소정 길이 만큼 신장되며, 대응 지지부내 플러그와 전기적으로 연결되는 박막 금속의 신호 전극;상기 신호 전극의 상부에 소정 두께로 형성되며, 양측 종단에서 상기 소정 두께보다 낮은 두께로 신장되어 인접하는 양측 액츄에이터의 변형부와 일체로 형성된 박막 세라믹의 변형부; 상기 변형부의 상부에 형성된 전도성 금속의 바이어스 전극; 및 상기 바이어스 전극의 상부에 형성된 반사 금속의 거울로 이루어진 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제 3 도는 본 발명에 따른 광로 조절 장치의 평면도로써, 제 1 도에 도시된 종래 광로 조절 장치의 평면도(즉, 단위 픽셀 단위로 절개된 형태)에서 나타나는 것과는 달리, 본 발명의 광로 조절 장치는 평면으로 볼 때 상하 방향으로 부분적으로 절개되어 인접하는 단위 픽셀이 미세하게 서로 연결되는 구조(즉, 변형층보다 작은 두께의 변형 물질이 각 액츄에이터의 변형부와 일체로 연결되는 구조)를 갖는다.
제 4 도는 본 발명에 따른 광로 조절 장치의 단면도이고, 제 5 도는 본 발명에 따른 광로 조절 장치의 외관도로써, 본 발명의 광로 조절 장치(500)는 구동 기판(130), 액츄에이터(400) 및 거울(110)을 포함한다.
본 발명에 따른 광로 조절 장치는, 지지부를 액츄에이터의 중심 부분에 형성하고, 거울의 전체면을 광의 반사면으로 사용하며, 또한 액츄에이터를 평탄하게 유지하기 위한 탄성부를 사용하지 않는 대신에 변형부의 두께보다 작은 두께를 갖는 변형 물질로 각 단위 픽셀의 변형부를 서로 연결하는 구조로 구성한 것에 가장 큰 기술적인 특징르 갖는다.
따라서, 본 발명에 따른 광로 조절 장치는 지지부가 액츄에이터의 중간 부분에 위치하므로 자중이나 응력 등에 의해 액츄에이터의 자유단(또는 종단)이 바람직하지 않게 휘어져 변형되는 현상을 확실하게 방지하면서도, 액츄에이터의 좌우측을 상하 방향으로 틸팅시킴으로써 충분한 경사각을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광로 조절 장치는 액츄에이터의 지지를 위한 탄성부를 사용하지 않기 때문에 그 전체적인 구조를 간소화할 수 있다.
다시 제 4 도를 참조하면, 본 발명의 광로 조절 장치는, 지지부가 액츄에이터의 일측 종단에 위치하는 제 2 도의 종래 광로 조절 장치와는 달리, 단위셀을 이루는 액츄에이터(400)를 지지하는 지지부(120)가 액츄에이터(400)의 대략 중간 부분에 위치하고, 이러한 지지부(120)내측에는 구동 기판(130)내의 도시 생략된 대응 트랜지스터와 전기적으로 접촉하는 접속 단자(150)가 형성되며, 접속 단자(150)의 상부 일부에는 접속 단자(150)와 액츄에이터(400)내 신호 전극(160)간을 전기적으로 연결하는 플러그(115)가 형성되어 있다. 여기에서, 구동 기판(130)은 Al2O3등의 절연 물질 또는 실리콘 등의 반도체로 이루어져 N×N개의 트랜지스터가 내장되어 있다.
또한, 지지부(120)는, 스퍼터링 또는 화학 기상 침적(CVD)등의 방법을 이용하여 질화물(Nitride)또는 산화물(Oxide), 특히 질화 규소(Si3N4)를 구동 기판(130)상에 적층하고, 포토리쏘그라피 공정 및 건식 식각 공정을 통해 적층 물질의 일부를 임의의 패턴으로 제거함으로써, 각 접속 단자(150)를 매립하는 형태로 형성할 수 있다.
더욱이, 접속 단자(150)와 신호 전극(160)간을 전기적으로 연결하는 플러그(115)는 텅스턴 또는 티타늄 등의 물질로 이루어지는데, 이러한 플러그(115)는 에치백(etch back)또는 SOG 방법에 의한 표면 처리 과정을 통해 형성할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 광로 조절 장치내 각 액츄에이터(400)는 신호 전극(160), 변형부(170), 바이어스 전극(190) 및 거울(110)을 포함, 즉 전술한 종래 장치와는 달리, 탄성부를 갖는 않는 구조를 갖는다.
제 4 도를 참조하면, 신호 전극(160)은 스퍼터링 또는 진공 증착 등의 방법을 이용하여 전도성이 양호한 백금, 은, 알루미늄, 티타늄 등의 물질을 플러그(115)를 갖는 지지부(120)의 상부 및 희생층의 상부 전면에 걸쳐 적층(도포)하고, 포토리쏘그라피, 건식 식각 공정 및 리프트 오프(lift-off)등의 방법을 통해 일부를 제거, 즉 지지부(120)내 플러그(115)를 중심으로 일측 상부 부분(제 4 도를 참조할 때 플러그(115)의 우측 상부)과 인접하는 액츄에이터간의 절연을 위해 대략 중간 부분을 제거함으로써 형성된다.
즉, 하나의 신호 전극(160)의 일단은 지지부(120)내 플러그(115)에 전기적으로 연결되는 구조를 갖는 반면에 신호 전극(160)의 타단은 인접하는 대응 지지부(120)내 플러그(115)에 전기적으로 연결되지 않는 구조를 갖는다. 이때, 신호 전극(160)의 하부와 구동 기판(130)의 상부 사이(즉, 지지부가 형성되지 않는 영역)에는 에어갭이 형성된다.
다음에, 변형부(170)는, 졸겔법(Sol-Gel) 스퍼터링(sputtering)또는 CVD방법을 이용하여, 신호 전극(160)의 상부에 BaTiO3, PZT(Pb(Zr, Ti)O3)또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3)등의 압전 세라믹이나 PMN(Pb(Mg, Nb)O3)등의 재질로 된 전왜 세라믹 물질을 소정 두께(예를들면, 0.7-2㎛)로 도포함으로써 형성되는데, 이와같이 압전 세라믹 또는 전왜 세라믹으로 된 변형부(170)는 전계 발생시에 지지부(120)를 중심으로 상하 방향으로 틸팅함으로써 후속하는 공정을 통해 형성되는 거울(110)을 소정의 각도로 경사지게 한다.
또한, 변형부(170)는 인접하는 액츄에이터 사이를 연결하는 구조를 갖는데, 인접하는 액츄에이터간을 연결하는 변형 물질층은 변형부(170)의 두께에 비해 대략 1/3 내지 1/5 정도의 두께, 액츄에이터(400)의 휨 변형을 방지하면서도 각 액츄에이터가 목표 구동각을 얻을 수 있는 두께로 하는 것이 바람직하다.
한편, 바이어스 전극(190)은, 변형부(170)의 상부에 스퍼터링 또는 CVD방법 등을 이용하여 금, 백금, 은 또는 알루미늄 등의 재질로 된 금속 물질을 소정 두께로 도포하여 형성된다.
또한, 거울(110)은 바이어스 전극(190)의 상부 전면에 걸쳐, 알루미늄 또는 은등의 반사특성이 양호한 금속 물질을 스퍼터링 또는 진공 증착법(Evaporation)등에 의해 500~2000Å 정도의 두께로 도포하여 형성한다.
한편, 바이어스 전극(190)을 반사 특성이 양호한 금속 물질로 형성하는 경우 별도의 공정을 통해 거울(110)을 형성할 필요없이 바이어스 전극(190) 자체를 바이어스 전극 및 거울로써 이용할 수도 있다.
따라서, 상술한 바와같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 광로 조절 장치는, 신호 전극과 바이어스 전극간에 전계를 인가하게 되면, 지지부를 중심으로하여 액츄에이터의 양측 종단이 상하 방향으로 틸팅, 즉 플러그에 전기적으로 연결된 액츄에이터의 종단측(제 4 도에 도시된 액츄에이터에서 지지부의 좌측)이 상측 방향으로 틸팅하고 플러그에 연결되지 않은 액츄에이터의 다른 종단측(제 4 도에 도시된 액츄에이터에서 지지부의 우측)이 하측 방향으로 틸팅함으로써, 소정의 경사각으로 구동된다.
이상 설명한 바와같이 본 발명에 따르면, 액츄에이터를 편평하게 지지하기 위해 종래 장치에서 사용하는 탄성부를 제거하고, 대신에 변형부의 두께보다 작은 두께를 갖는 변형 물질을 이용해 인접하는 액츄에이터들간을 서로 연결하여 각 액츄에이터를 편평하게 지지하도록 함으로써, 자중이나 응력에 기인하는 액츄에이터의 변형으로 인해 광효율이 저하되는 것을 확실하게 방지할 수 있을 뿐만 아니라 광로 조절 장치의 효율적인 구조 간소화를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광로 조절 장치는, 액츄에이터의 대략 중심 부분에 지지부를 형성하고, 지지부를 중심으로 좌,우측을 상하 방향으로 구동시켜 목표로하는 경사각을 얻로록 하여, 실제적인 거울의 이용 면적을 최대화함으로써, 광효율의 증진을 더욱 도모할 수 있다.

Claims (3)

  1. M×N개의 트랜지스터에 전기적으로 각각 연결된 M×N개의 접속 단자를 갖는 구동 기판과, N×N 개의 지지부내 각 플러그를 통해 상기 각 트랜지스터에 전기적으로 연결되는 M×N개의 액츄에이터로 된 광로 조절 장치에 있어서, 상기 각 액츄에이터(400)는: 대응하는 지지부(120)를 중심으로 양측 방향으로 소정 길이 만큼 신장되며, 대응 지지부(120)내 플러그(115)와 전기적으로 연결되는 박막 금속의 신호 전극(160); 상기 신호 전극(160)의 상부에 소정 두께로 형성되며, 양측 종단에서 상기 소정 두께보다 낮은 두께로 신장되어 인접하는 양측 액츄에이터의 변형부와 일체로 형성된 박막 세라믹의 변형부(170); 상기 변형부(170)의 상부에 형성된 전도성 금속의 바이어스 전극(190); 및 상기 바이어스 전극(190)의 상부에 형성된 반사 금속의 거울(110)로 이루어진 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신호 전국(160)은, 백금 또는 티타늄 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 신호 전극(160)은, 포토 리쏘그라피, 건식 식각 또는 리프트 오프 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치.
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