KR100229809B1 - Lightpath modulation device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광로조절장치에 관한 것으로서, 고온 공정으로 인해서 신호전극의 재료 선택폭이 제한되는 문제점을 해소하기 위해서, 고온 공정이 요구되는 멤브레인을 채택하던 종래의 유니 모프 구조 대신에 멤브레인이 요구되지 않는 바이모프 구조를 채택하고; 그 바이모프 구조의 액츄에이터에 포함되는 제1 및 제2 변홍부의 형성 재료를 종래에 고온 공정이 수반되는 PZT대신에, 산화하연이나 질화 알루미늄과 같이 저온에서 형성할 수 있는 비대칭 결정구조의 재료로 채택한 광로 조절 장치를 제공함으로써, 고온 공정에 따른 다수의 문제점을 해소함과 동시에 신호 전극을 저가의 재료로 형성할 수 있어서 제조 비용을 절감시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있습니다.The present invention relates to an optical path control device, and in order to solve the problem that the material selection range of the signal electrode is limited due to the high temperature process, a membrane is not required in place of the conventional unimorph structure in which the high temperature process is required. Adopt bimorph structure; The material for forming the first and second periphery parts included in the bimorph actuator is asymmetric crystal structure material that can be formed at low temperature, such as zinc oxide or aluminum nitride, instead of PZT, which involves a high temperature process. By providing the optical path control device, it is possible to solve many problems caused by the high temperature process and to reduce the manufacturing cost by forming the signal electrode with low cost material.
Description
제1도 종래의 광로조절장치의 단면도,1 is a cross-sectional view of a conventional optical path control device,
제2도 본 발명에 따른 광로조절장치의 단면도.2 is a cross-sectional view of the optical path control apparatus according to the present invention.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞<Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
31: 구동기판 33: 패드31: drive substrate 33: pad
35: 지지부 37: 플러그35: support portion 37: plug
39: 제 1 바이어스 전극 41: 제 1 변형부39: first bias electrode 41: first deformable portion
43: 신호전극 45: 제 2 변형부43: signal electrode 45: second deformable portion
47: 제 2 바이어스 전극 50: 액츄에이터47: second bias electrode 50: actuator
100: 광로조절장치100: optical path control device
본 발명은 광로조절장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 비대칭성 결정구조의 재료를 사용한 바이모프(bimorph) 구조의 광로조절장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical path control device, and more particularly, to an optical path control device of a bimorph structure using a material of an asymmetric crystal structure.
일반적으로, 화상 표시 장치는 표시방법에 따라 직시형 표시 장치와 투사형 표시 장치로 구분된다. 직시형 화상 표시 장치는 음극선관(Cathode Ray Tube: 이하 CRT라 칭함)등이 있는데, CRT는 화상의 가변성, 고속성, 세밀성에서 우수한 장치이다. 그러나, 그 구조상 표시면의 면적에 비해서 안길이가 길고 소형 및 경량화가 어렵다. 또한, 저전압 및 저전력화에는 한계가 있고 이들 결점은 CRT를 다른 전자 장치의 일부에 내장이 어렵다.In general, an image display device is classified into a direct view display device and a projection display device according to a display method. A direct view type image display apparatus includes a cathode ray tube (hereinafter referred to as a CRT), and the CRT is an excellent device in image variability, high speed, and fineness. However, due to its structure, the depth is longer than the area of the display surface, and it is difficult to reduce the size and weight. In addition, there are limitations to low voltage and low power, and these drawbacks make it difficult to embed the CRT in some of the other electronic devices.
한편, 디지탈 시대의 정보 표시 장치로는 화면이 변형이 없는 상을 표시해야 하는 중요성이 증가하고 있다. 이를 위해 표시면의 평탄화 및 가로와 세로 좌표의 정확성을 지향해서 EL(elcetroluminescent) 디스플레이 또는 플라스마 디스플레이등 여러 가지 평면 표시 장치가 검토되었다.On the other hand, as an information display device in the digital age, the importance of displaying an image without deformation on the screen is increasing. For this purpose, various flat display devices such as an EL (elctroluminescent) display or a plasma display have been examined in order to planarize the display surface and to correct the horizontal and vertical coordinates.
그러나, 상기 장치는 소비 전력이 크고 구동에 전압을 요구하기 때문에 C-MOS 트랜지스터와의 적합성에 문제가 있으며 표시부 전체의 소형화에 한계가 있다.However, since the device consumes a lot of power and requires a voltage for driving, there is a problem in compatibility with the C-MOS transistor and there is a limit in miniaturization of the entire display unit.
투사형 형상 표시 장치는 대화면 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: 이하 'LCD'라 칭함)등이 있는데, 이러한 대화면 LCD의 박형화가 가능하여 중량을 작게 할 수 있다. 그러나, 이러한 LCD는 편광판에 의한 광손실이 크고 LCD를 구동하기 위한 박막 트랜지스터가 화소마다 형성되어 있어 개구율(광의 투과면적)을 높이는데 한계가 있으므로 광의 효율이 매우 낮다.Projection type display devices include a large screen liquid crystal display (hereinafter, referred to as an LCD). Such a large screen LCD can be thinned to reduce weight. However, such an LCD has a high light loss due to a polarizing plate and a thin film transistor for driving the LCD is formed for each pixel, so that there is a limit in increasing the aperture ratio (light transmission area).
따라서, 미합중국 Aura 사에 의해 액추에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Array; 이하 AMA라 칭함)를 이용한 투사형 화상 표시 장치가 개발되었다.Therefore, a projection type image display apparatus using an actuated mirror array (hereinafter referred to as AMA) has been developed by Aura, United States.
AMA를 이용한 투사형 화상 표시 장치는 1차원 AMA를 이용하는 것과 2차원 AMA를 이용하는 것으로 구별된다. 1차원 AMA는 거울면들이 M×1 어레이로 배열되고 있다. 따라서, 1 차원 AMA를 이용하는 투사형화상표시장치는 주사거울을 이용하여 M×1개의 광속들을 선주사시키고, 2차원 AMA를 이용하는 투사형 화상 표시 장치는 M×N 개의 광속들을 투사시켜 M×N 화소의 어레이를 가지는 영상을 나타내게 된다.Projection type image display apparatuses using AMA are classified into one-dimensional AMA and two-dimensional AMA. One-dimensional AMA has mirror surfaces arranged in an M × 1 array. Therefore, a projection image display device using a one-dimensional AMA pre-scans M × 1 beams using a scanning mirror, and a projection image display device using a two-dimensional AMA projects M × N light beams to array an M × N pixel. An image with a will be displayed.
제1도는 종래의 광로조절장치(10)의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional optical path control device 10.
상기 광로조절장치(10)는 구동기판(11), 액추에이터(13)들 및 반사막(27)을 포함한다.The optical path control apparatus 10 includes a driving substrate 11, actuators 13 and a reflective film 27.
구동기판(11)은 유리 또는 알루미나(Al2O3) 등의 절연물질이나, 또는, 실리콘 등의 반도체로 이루어지며 M×N개의 트랜지스터들 (도시되지 않음)이 매트릭스(matrix)형태로 내장되어 있다. 또한, 구동기판(11)의 표면에 트랜지스터들과 전기적으로 연결된 패드(15)들이 형성되어 있다.The driving substrate 11 is made of an insulating material such as glass or alumina (Al 2 O 3 ), or a semiconductor such as silicon, and M × N transistors (not shown) are embedded in a matrix form. have. In addition, pads 15 electrically connected to the transistors are formed on the surface of the driving substrate 11.
액츄에이터(13)들은 지지부(17), 멤브레인(21), 플러그(19), 변형부(25), 신호전극(23)과 반사막(27)로 이루어져 N개가 세로(column) 방향으로 소정부분이 연결되어레이(array)가 M개로 이루어져 있다.The actuators 13 are composed of a support part 17, a membrane 21, a plug 19, a deformable part 25, a signal electrode 23 and a reflecting film 27, and N parts are connected in a vertical direction. Array consists of M pieces.
상기 지지부(17)는 구동기판(11)상부의 소정부분에 패드(15)를 덮도록 세로방향으로 길게 형성되며, 멤브레인(21)은 지지부(17)의 상부에 하부표면의 소정부분만 접촉되고 나머지 부분은 공간에 노출되도록 형성되는데, 노출된 부분은 인접하는 액츄에이터(13)들끼리 분리되어 있다. 상기에서 동일 어레이상에서 인접하는 액츄에이터(13)들끼리 분리되어 있으며, 반사막(27)들은 전기적으로 공통으로 접지되어 있다. 그리고, 플러그(19)는 지지부(17) 및 멤브레인(21)를 관통하여 패드(15)들과 신호전극(23)들을 전기적으로 연결시키고 있다.The support 17 is formed to extend in the longitudinal direction to cover the pad 15 on a predetermined portion of the drive substrate 11, the membrane 21 is in contact with only a predetermined portion of the lower surface to the upper portion of the support 17 The remaining part is formed to be exposed to the space, and the exposed part is separated from the adjacent actuators 13. In the above, adjacent actuators 13 are separated from each other on the same array, and the reflective films 27 are electrically grounded in common. The plug 19 penetrates the support 17 and the membrane 21 to electrically connect the pads 15 and the signal electrodes 23.
상술한 광로조절장치(10)는 구동기판(11)을 통해 외부로부터 신호전극(23)들에 인가되는 화상신호와 반사막(27)들의 전위차에 의해 변형부(25)들은 수직축의 일방향으로 전계가 발생된다. 그러므로, 변형부(25)들은 수평방향으로 수축되며, 이에 의해 변형부(25)와 멤브레인(21)들은 수평방향으로 수축되며, 이에 의해 변형부(25)와 멤브레인(21)의 계면에 응력이 발생된다. 따라서, 변형부(25)의 끝단이 멤브레인(21)와 반대방향으로 휘어지며, 이에 의해 반사막(27)들도 휘어져 입사되는 광속의 광로를 변경시켜 반사시킨다.The optical path control device 10 described above has the electric field in one direction of the vertical axis due to the potential difference between the image signal and the reflective films 27 applied to the signal electrodes 23 from the outside through the driving substrate 11. Is generated. Therefore, the deformable portions 25 are contracted in the horizontal direction, whereby the deformable portions 25 and the membrane 21 are contracted in the horizontal direction, whereby stress is applied to the interface between the deformable portions 25 and the membrane 21. Is generated. Therefore, the end of the deformable portion 25 is bent in the opposite direction to the membrane 21, whereby the reflective films 27 are also bent to change and reflect the light path of the incident light beam.
그러나, 상술한 종래의 광로조절장치는 멤브레인 및 변형부를 고온에서 형성하여야 하므로 고온공정으로 인하여 희생막을 이루는 재료에 제약이 따르고 변형부의 이력특성을 보정하는 별도의 장치를 구비하여야 하는 문제점이 있었다. 또한, 변형부를 형성한 후 열처리시 힐록등이 발생되는 것을 방지하기 위해 신호전극 재료를 백금 또는 백금/티타늄 등의 고가의 재료를 사용해야 하는 문제점이 있었다.However, the conventional optical path control apparatus described above has a problem in that the membrane and the deformable part must be formed at a high temperature, and therefore, there is a problem in that a material for forming the sacrificial film is restricted due to the high temperature process and a separate device for correcting the hysteretic characteristics of the deformable part is provided. In addition, there is a problem in that an expensive material such as platinum or platinum / titanium is used as the signal electrode material in order to prevent hillocks from occurring during heat treatment after forming the deformation part.
따라서, 본 발명에서는 상술한 문제점을 해소하기 위해서, 고온 공정을 수반하지 않는 광로 조절 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical path adjusting apparatus that does not involve a high temperature process in order to solve the above-mentioned problems.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에서는, 트랜지스터들이 매트릭스형태로 내장되어 표면의 상부에 상기 트랜지스터와 상응하는 패드가 형성된 구동기판과; 상기 패드를 덮도록 형성된 지지부와, 상기 지지부를 관통하여 상기 패드와 신호전극을 전기적으로 연결하는 플러그와, 상기 지지부의 상부에 일측단이 접촉되어 실장된 제1 및 제2 변형부들과, 상기 플러그와 전기적으로 연결되도록 상기 제 1 및 제 2 변형부들 사이에 개재된 신호전극과, 상기 제 1 변형부의 하부에 형성된 제 1 바이어스 전극과 상기 제 2 변형부의 상부에 형성된 제 2 바이어스 전극으로 이루어진 액츄에이터를 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 변형부는 c-축을 따라 증착되어 비대칭결정구조를 갖는 압전세라믹으로 형성되는 광로조절장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, the transistor substrate is built in the form of a matrix substrate formed with a pad corresponding to the transistor on the top; A support part formed to cover the pad, a plug penetrating the support part to electrically connect the pad and the signal electrode, first and second deformable parts mounted on one side of the support part in contact with the upper part of the support part, and the plug; An actuator comprising a signal electrode interposed between the first and second deformable portions so as to be electrically connected to the first deformable portion, a first bias electrode formed under the first deformable portion, and a second bias electrode formed over the second deformable portion; And the first and second deformable portions are deposited along the c-axis to be formed of a piezoelectric ceramic having an asymmetric crystal structure.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제2도는 본 발명에 따른 광로조절장치(100)의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of the optical path control device 100 according to the present invention.
광로조절장치(100)는 구동기판(31) 및 액츄에이터(50)로 구성된다.The optical path control device 100 includes a drive substrate 31 and an actuator 50.
구동기판(31)은 유리 또는 알루미나(Al3O3) 등의 절연물질이나, 또는, 실리콘 등의 반도체로 이루어지며 M × N 개의 트랜지스터들 (도시되지 않음)이 매트릭스 형태로 내장된다. 또한, 구동기판(31)의 표면에 트랜지스터들과 전기적으로 연결된 패드(33)들이 형성된다. 상기 패드(33)는 구동기판(31)의 상부에 트랜지스터들과 대응하도록 M × N 개가 형성되어 있다.The driving substrate 31 is made of an insulating material such as glass or alumina (Al 3 O 3 ), or a semiconductor such as silicon, and M × N transistors (not shown) are embedded in a matrix form. In addition, pads 33 are formed on the surface of the driving substrate 31 to be electrically connected to the transistors. The pad 33 has M x N formed on the driving substrate 31 to correspond to the transistors.
액츄에이터(50)는 지지부(35), 플러그(37), 제 1 및 제 2 변형부(41)(45), 제 1 및 제 2 바이어스전극(39)(47) 및 신호전극(43)으로 구성되어 있다.The actuator 50 is composed of a support part 35, a plug 37, first and second deformable parts 41 and 45, first and second bias electrodes 39 and 47, and a signal electrode 43. It is.
상기에서 지지부(35)는 구동기판(31)의 상부에 패드(33)를 덮도록 형성되는데 인접하는 액츄에이터(도시되지 않음)들의 지지부들과 분리된다. 플러그(37)는 지지부(35)를 관통하여 패드(33)와 신호전극(43)을 전기적으로 연결시키는 것으로 텅스텐(W) 또는 티타늄(Ti)으로 형성된다.The support 35 is formed to cover the pad 33 on the driving substrate 31, and is separated from the supports of adjacent actuators (not shown). The plug 37 penetrates the support part 35 to electrically connect the pad 33 and the signal electrode 43, and is formed of tungsten (W) or titanium (Ti).
제 1 및 제 2 변형부들(41)(45)은 산화아연(ZnO) 또는 질화알루미늄(AlN) 등의 압전세라믹으로 형성된다. 상기 산화아연 및 질화알루미늄은 200 - 300℃의 낮은 온도에서 증착될 수 있으므로 제조공정시 사용되는 희생막(도시되지 않음)으로 저융점의 물질, 예를들면, 폴리머 등이 사용될 수도 있다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 변형부들(41)(45)은 c-축을 따라 증착되어 비대칭성 결정구조를 가져 수직의 어느 한 방향으로 쌍극자가 형성된다. 일반적으로 비대칭성 구조물질은 음이온에 대한 양이온이 평형위치에서 이탈됨으로써 공간전하 분극으로 인한 쌍극자(dipole)가 발생된다. 그러므로, 상기 제 1 및 제 2 변형부(41)(45)의 사이에 있는 신호전극(43)에 화상신호가 인가되면 상기 제 1 및 제 2 변형부들(41)(45)은 서로 반대방향의 전계가 발생되어 그 중 하나는 쌍극자 방향과 전계의 방향이 서로 일치하고, 다른 하나는 서로 반대방항이 되어 일치되지 않는다. 그러므로, 제 1 및 제 2 변형부들(41)(45)에 있어서, 전계와 쌍극자의 방향이 일치되는 것은 수직 방향으로 팽창하고 수평방향으로 수축하며, 전계와 쌍극자의 방향이 서로 반대인 것은 수직 방향으로 수축하고 수평 방향으로 팽창하여 바이모프모드(bi-morph mode)로 구동된다.The first and second deformation parts 41 and 45 are formed of piezoceramic such as zinc oxide (ZnO) or aluminum nitride (AlN). Since the zinc oxide and aluminum nitride may be deposited at a low temperature of 200-300 ° C., a low melting point material such as a polymer may be used as a sacrificial film (not shown) used in the manufacturing process. In addition, the first and second deformable portions 41 and 45 are deposited along the c-axis to have an asymmetric crystal structure to form a dipole in one of the vertical directions. In general, an asymmetric structural material generates a dipole due to the space charge polarization due to the release of the cation for the anion at the equilibrium position. Therefore, when an image signal is applied to the signal electrode 43 between the first and second deformable portions 41 and 45, the first and second deformable portions 41 and 45 are arranged in opposite directions. An electric field is generated so that one of the dipoles and the electric field coincide with each other, and the other is opposite to each other and does not coincide. Therefore, in the first and second deformable portions 41 and 45, the coincidence of the electric field and the dipole expands in the vertical direction and contracts in the horizontal direction, and the contrary direction of the electric and dipole directions is the vertical direction. Contraction and expansion in the horizontal direction are driven in bi-morph mode.
제 1 및 제 2 바이어스전극(39)(47)과 신호전극(43)은 제 1 및 제 2 변형부들(41)(45)을 낮은 온도에서 형성하므로 융점이 낮고 전도성이 좋은 알루미늄(Al) 등의 금속으로 형성된다. 상기에서 신호전극(43)은 플러그(37)와 전기적으로 연결되어 입력되는 화상신호를 제 1 및 제 2 변형부들(41)(45)에 인가시킨다. 그러므로, 제 1 및 제 2 변형부들(41)(45)은 수직방향으로 서로 반대방향의 분극이 발생된다. 상기 제 1 및 제 2 바이어스전극(38)(47)은 공통으로 바이어스되는 것으로 재료특성 및 가공 방법에 따라 접지되거나, 일정한 전압을 유지하고 있다. 제 1 바이어스전극(39)은 상기 플러그(37)와 접촉되지 않게 형성된다. 또한, 제 2 바이어스 전극(47)은 반사면으로도 이용된다.Since the first and second bias electrodes 39 and 47 and the signal electrode 43 form the first and second deformation parts 41 and 45 at a low temperature, aluminum (Al) having a low melting point and high conductivity, etc. It is formed of a metal. The signal electrode 43 is electrically connected to the plug 37 to apply the input image signal to the first and second deformation parts 41 and 45. Therefore, the first and second deformable portions 41 and 45 are polarized in opposite directions in the vertical direction. The first and second bias electrodes 38 and 47 are commonly biased and are grounded or maintained at a constant voltage according to material characteristics and processing methods. The first bias electrode 39 is not in contact with the plug 37. The second bias electrode 47 is also used as a reflecting surface.
상술한 광로조절장치(100)의 동작을 설명한다. 상기에서 제 1 및 제 2 변형부들(41)(45)에 쌍극자가 +Y방향으로 향하고, 제 2 바이어스 전극(47)에는 바이어스 전압이 인가되고, 제 1 바이어스전극(39)은 되어 있다고 하자. 그리고, 신호전극(43)에 양(+)의 화상신호를 인가하면 제 1 및 제 2 변형부들(41)(45)에 각기 방향이 서로 다른 +Y 및 -Y 방향의 전계가 발생된다. 이 때, 제 1 변형부(41)에서는 전계의 방향과 쌍극자의 방향이 서로 반대가 되어, 이 제 1 변형부(41)는 X축을 따라 신장되며, Y축을 따라 수축된다. 이와는 반대로 제 2 변형부(45)는 전계의 방향과 쌍극자의 방향이 동일하므로 제 1 변형부(41)와 반대 방향의 X축을 따라 수축하고 Y축을 따라 신장된다. 그러므로, 제 1 및 제 2 변형부들(41)(45)은 신호전극(43)을 개재시키면서 응력을 발생하여 +Y방향으로 경사지게 되어, 반사면으로도 사용되는 제 2 바이어스전극(47)에 의해 광이 입사되면 광의 경로가 조절된 광이 반사된다.The operation of the optical path control device 100 described above will be described. It is assumed that the dipoles are directed in the + Y direction to the first and second deformable portions 41 and 45, the bias voltage is applied to the second bias electrode 47, and the first bias electrode 39 is provided. In addition, when a positive image signal is applied to the signal electrode 43, the electric fields in the + Y and -Y directions different from each other are generated in the first and second deformable portions 41 and 45, respectively. At this time, in the first deformable portion 41, the direction of the electric field and the direction of the dipole are opposite to each other, so that the first deformable portion 41 extends along the X axis and contracts along the Y axis. On the contrary, since the direction of the electric field is the same as that of the dipole, the second deformable portion 45 contracts along the X axis in the opposite direction to the first deformable portion 41 and extends along the Y axis. Therefore, the first and second deformable portions 41 and 45 are inclined in the + Y direction by generating a stress while interposing the signal electrode 43, and by the second bias electrode 47 which is also used as a reflective surface. When light is incident, light whose light path is adjusted is reflected.
따라서, 본 발명에 따른 광로 조절 장치에서는 바이모프 구조에 의해서 멤브레인이 형성되지 않고, 제 1 및 제 2 변형부는 산화아연이나 질화알루미늄과 같이 이력특성이 양호한 비대칭성 결정구조를 갖어 저온에서 형성할 수 있는 재료로 이루어지므로, 고온 공정이 수반되지 않아서, 신호전극의 재료 선택폭이 넓어지고, 특히, 저가의 재료로 신호전극을 형성할 수 있어서 제조비용을 절감시킬 수 있는 잇점이 있다.Therefore, in the optical path control apparatus according to the present invention, the membrane is not formed by the bimorph structure, and the first and second deformable parts have a hysteretic property with good hysteresis characteristics such as zinc oxide or aluminum nitride, and can be formed at low temperature. Since it is made of a material having a high temperature, the material selection range of the signal electrode is widened because no high temperature process is involved, and in particular, the signal electrode can be formed of a low-cost material, thereby reducing the manufacturing cost.
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1994
- 1994-08-24 KR KR1019940020845A patent/KR100229809B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5209119A (en) * | 1990-12-12 | 1993-05-11 | Regents Of The University Of Minnesota | Microdevice for sensing a force |
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| KR960009691A (en) | 1996-03-22 |
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