KR100230007B1 - 큰 구동 각도를 가지는 박막형 광로 조절장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

변형층의 변형 각도를 크게 할 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 장치는, M×N(M,N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스, 그리고 ⅰ) 상기 액티브 매트릭스의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 형성된 제1 하부 전극, ⅱ) 상기 제1 하부 전극의 상부에 형성된 제2 하부 전극, ⅲ) 상기 제2 하부 전극의 상부에 형성된 변형층, ⅳ) 상기 변형층의 상부에 형성된 제1 상부 전극 및 ⅴ) 상기 제1 상부 전극의 상부에 형성된 제2 상부 전극을 갖는 액츄에이터를 포함한다. 상기 장치에 따르며, 각기 적절한 두께를 갖고 이중 층으로 구성되는 상부 전극 및 하부 전극을 형성한 후, 적절한 치수를 갖는 제1 갭 및 제2 갭의 차이를 두고, 상부 전극과 하부 전극 사이에 역시 적절한 두께를 갖는 변형층을 형성함으로써, 변형층의 틸팅 각도가 최대로 되도록 한다. 따라서 광원으로부터 입사되는 광속의 광효율을 높일 수 있고, 콘트라스트를 향상시켜 밝고 선명한 화상을 맺을 수 있으며, 또한 시스템의 설계에 있어서도 광원과 스크린과의 간격을 넓게 하여 시스템의 설계를 용이하게 할 수 있다.

Description

큰 구동 각도를 가지는 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, 보다 상세하게는 변형층의 틸팅(tilting) 각도를 최대로 하여 광원으로부터 입사되는 광속의 광효율을 높일 수 있고, 콘트라스트를 향상시켜 밝고 선명한 화상을 맺을 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법관한 것이다.
일반적으로 광속을 조절하여 화상을 형성할 수 있는 광로 조절 장치는 크게 두 종류로 구분된다. 그 한 종류는 직시형 화상 표시 장치로서 CRT(Cathode Ray Tube) 등이 이에 해당하며, 다른 한 종류는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD), AMA, 또는 DMD(Deformable Mirror Device) 등이 투사형 화상 표시 장치이다. 상기 CRT 장치는 화질은 우수하나 화면의 대형화에 따라서 장치의 중량과 용적이 증가하며 제조 비용이 상승하게 되는 문제점이 있다. 이에 비하여, 액정 표시 장치(LCD)는 광학적 구조가 간단하여 얇게 형성할 수 있으며, 중량을 가볍게 하고 용적을 줄일 수 있다. 그러나 액정 표시 장치는 편광으로 인하여 1~2%의 광효율을 가질 정도로 효율이 떨어지고, 액정 물질의 응답 속도가 느리고 내부가 과열되기 쉬운 단점이 있다. 따라서 상기 문제점들을 해결하기 위하여 AMA, 또는 DMD 등의 화상 표시 장치가 개발되었다. 현재, DMD가 5% 정도의 광효율을 가지는 것에 비하여 AMA는 10% 이상의 높은 광효율을 얻을 수 있다.
상기 AMA는 그 내부에 설치된 각각의 거울들이 광원으로부터 입사되는 광속을 소정의 각도로 반사하고, 이러한 반사된 광속이 슬릿(slit)을 통과하여 스크린에 화상을 맺을 수 있도록 광속을 조절할 수 있는 장치이다. AMA는 그 구조와 동작 원리가 간단하며, 액정 표시 장치나 DMD 등에 비하여 높은 광효율을 얻을 수 있는 장점이 있다. 또한 AMA는 콘트라스트(contrast)를 향상시켜 보다 밝고 선명한 화상을 맺게 할 수 있다.
이러한 미합중국 특허 제5,126,836호에 개시된 AMA의 엔진 시스템의 개략도를 도1에 도시하였다. 도1을 참조하면, 광원(1)으로부터 입사된 광속은 제1 슬릿(3) 및 제1 렌즈(5)를 지나면서 R·G·B(Red·Gree·Blue) 표색계에 따라 분광된다.
상기 R·G·B 별로 분광된 광속은 각기 제1 거울(7), 제2 거울(8) 및 제3 거울(9)에 의하여 반사되어 각각의 거울에 대응하는 AMA 소자들 (13)(15)(17)로 입사된다. 상기 R·G·B 별로 형성된 AMA 소자들(13)(15)(17)은 각기 그 내부에 구비된 거울을 소정의 각도로 경사지게 하여 입사된 광속을 반사시킨다. 이 때, 상기 거울은 거울의 하부에 형성된 변형부의 변형에 따라 기울게 된다. 상기 AMA 소자들(13)(15)(17)로부터 반사된 빛은 제2 렌즈(19) 및 제2 슬릿(21)을 통과한 후, 투영 렌즈(23)에 의하여 스크린(도시되지 않음)에 투영되어 화상을 맺게 된다.
이러한 AMA를 이용한 광로 조절 장치는 크게 벌크형(bulk type)과 박막형(thin film type)으로 구분된다. 상기 벌크형 장치는 미합중국 특허 제 5,085,497호(issued to Gregory Um, et ai), 제5,175,465호(issued to Gregory Um, et al.) 등에 개시되어 있다. 상기 벌크형 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 장치에 있어서, 액츄에이터(actuator)들을 쏘잉 방법으로 분리해야 하므로 설계 및 제조에 있어 매우 높은 정밀도가 요구되며 변형부의 응답 속도가 느리다는 단점이 있다. 그러므로 반도체 제조 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 광로 조절 장치가 개발되었다.
상기 박막형 광로 조절 장치는 본 출원인이 1996년 8월 13일에 특허출원한 특허출원 제96-33608호(발명의 명칭 : 향상된 반사율을 갖는 박막형 광로 조절 장치 및 제조 방법)에 개시되어 있다.
도2는 본 출원인의 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도3은 도2에 도시한 장치를 A-A'선으로 자른 단면도를 도시한 것이다. 도4a 내지 도4c는 도3에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도2 및 도3에 도시한 바와 같이, 상기 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(61)와 상기 액티브 매트릭스(61)의 상부에 형성된 액츄에이터(77)를 포함한다. 내부에 M×N(M,N은 정수)개의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드(drain pad)(62)가 형성된 상기 액티브 매트릭스(61)는 상기 드레인 패드(62) 및 액티브 매트릭스(61)의 상부에 형성된 보호층(passivation layer)(63)과, 보호층(63)의 상부에 형성된 식각 방지층(etch stop layer)(65)을 포함한다.
상기 액티브 매트릭스(61)는 실리콘(Si) 등의 반도체, 또는 유리나 알루미나(alumina)(Al2O3) 등의 절연 물질로 구성된다. 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(61)의 표면을 보호하기 위한 보호층(63)은 후속되는 공정 동안 액티브 매트릭스(61)가 손상을 입는 것을 방지한다. 상기 보호층(63)의 상부에 형성된 식각 방지층(65)은 상기 액티브 매트릭스(61) 및 보호층(63)이 후속되는 식각 공정에 의하여 식각되는 것을 방지한다.
상기 액츄에이터(77)는 상기 식각 방지층(65) 중 아래에 드레인 패드(62)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며, 타측이 에어 갭(68)을 개재하여 액티브 매트릭스(61)와 평행하게 형성된 멤브레인(67), 멤브레인(membrane)(67)의 상부에 형성된 하부 전극(bottom electrode)(69), 하부 전극(69)의 상부에 형성된 변형부(active layer)(71), 변형부(71)의 일측 상부에 형성된 상부 전극(top electrode)(73), 상부 전극(73)의 상부에 형성된 반사층(75), 그리고 상기 변형부(71)의 타측으로부터 하부 전극(69), 멤브레인(67), 식각 방지층(65) 및 보호층(63)을 통하여 상기 드레인 패드(62)까지 수직하게 형성된 비어 컨택(via contact)(72)을 포함한다.
또한, 도2에 도시한 바와 같이, 상기 멤브레인은(67)의 일측은 멤브레인(67)의 중앙부를 중심으로 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 가면서 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성된다. 또한 상기 멤브레인(67)의 타측은 인접한 액츄에이터의 멤브레인의 계단형으로 넓어지는 오목한 부분에 대응하도록 멤브레인의 중심부를 향하여 계단형으로 좁아지는 형상의 돌출부를 갖는다. 따라서, 상기 멤브레인(67)의 돌출부는 인접한 멤브레인의 오목한 부분에 끼워지고, 상기 멤브레인의(67)의 오목한 부분에 인접한 멤브레인의 돌출부가 끼워져서 형성된다.
하부 전극(69)에는 화상 신호가 액티브 매트릭스(61)에 내장된 트랜지스터로부터 드레인 패드(62) 및 비어 컨택(72)을 통하여 인가된다.
바이어스 전압이 인가되는 상부 전극(73)의 일부에는 스트라이프(stripe)(74)가 형성되어 있다. 스트라이프(74)는 상부 전극(73)을 균일하게 작동시켜 광원으로부터 입사되는 광속의 난반사를 방지한다. 상기 하부 전극(69)에 화상 신호가 인가되고 상부 전극(73)에 바이어스 전압이 인가되면, 상부 전극(73)과 하부 전극(69)사이에 전계가 발생한다. 이 전계에 의하여 변형부(71)가 전계에 대해 수직한 방향으로 변형을 일으킨다. 반사층(75)은 R·G·B 표색계에 따라 분광된 광속에 대응하도록 R·G·B 별로 형성된 AMA 소자마다 각기 R·G·B별 기준 파장(λ)의배 두께의 2개 이상의 서로 다른 굴절률을 갖는 유전체 층들로 형성된다. 이에 의하여 이 광원으로부터 입사된 광속은 상기와 같이 형성된 반사층(75)에 의하여 반사된다.
이하 상기 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다. 도4a를 참조하면, 내부에 M×N개의 MOS 트랜지스터가 내장되고, 일측 상부에 드레인 패드(62)가 형성된 액티브 매트릭스(61)의 상부에 보호층(63)을 적층한다. 보호층(63)은 인 실리케이트 유리(Phospho-Silicate Glass : PSG)를 화학 기상증착(CVD) 방법에 의해 1. 0~2. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상기 보호층(63)의 상부에 식각 방지층(65)을 적층한다. 식각 방지층(65)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD : LPCVD) 방법을 이용하여 1000~2000A 정도의 두께를 가지도록 형성한다.
상기 식각 방지층(65)의 상부에는 희생층(sacrificial layer)(66)이 적층된다. 희생층(66)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD : APCVD) 방법으로 1. 0~2. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 계속해서, 상기 희생층(66) 중 아래에 드레인 패드(62)가 형성되어 있는 부분을 패터닝하여 상기 식각 방지층(65)의 일부를 노출시킨다.
도4b를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(65)의 상부 및 희생층(66)의 상부에 멤브레인(67)을 적층한다. 멤브레인(67)은 질화물(nitride)을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0. 1~1. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 백금(Pt), 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등으로 구성된 하부 전극(69)을 상기 멤브레인(67)의 상부에 적층한다. 상기 하부 전극(69)은 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여 0. 1~1. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다.
상기 하부 전극(69)의 상부에는 변형부(71)가 적층된다. 변형부(71)는 PZT(Pb(Zr, Ti)O3), 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3) 등의 압전 물질을 졸-겔(Sol-Gel)법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0.1~1.0㎛, 바람직하게는, 0. 4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다.
상부 전극(73)은 상기 변형부(71)의 상부에 형성된다. 상부 전극(73)은 알루미늄, 은, 또는 백금 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0.1~1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 그리고, 상부 전극(73)을 화소 형상으로 패터닝하여 상부전극(73)의 일부에 스트라이프(74)를 형성한다.
도4c를 참조하면, 상기 상부 전극(73)의 상부에는 반사층(75)이 적층된다. 반사층(75)은 TiO2, 또는 SiO2등의 유전체를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 형성한다. 상기 반사층(75)을 형성할 때, 광원으로부터 입사된 후, R·G·B 표색계에 따라 분광된 광속에 대응하도록 R·G·B 별로 형성된 AMA 소자마다 각기 R·G·B 별 기준 파장(λ)의배 두께의 서로 다른 굴절률을 갖는 2개 이상의 유전체층들을 포함하는 반사층(75)을 가지도록 형성한다. 이어서, 상기 변형부(71), 하부 전극(69), 멤브레인(67), 식각 방지층(65), 그리고 보호층(63)을 차례로 식각한 후, 비어 컨택(72)을 형성한다. 비어 컨택(72)은 텅스텐, 또는 티타늄 등을 리프트-오프(lift-off) 방법을 이용하여 상기 변형부(71)로부터 드레인 패드(62)까지 수직하게 형성된다. 그리고, 플루오르화 수소(HF) 증기를 이용하여 상기 희생층(66)을 식각한 후, 세정 및 건조하여 소자를 완성한다.
상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 화상 신호는 상기 액티브 매트릭스(61)에 내장된 MOS 트랜지스터로부터 드레인(62) 패드 및 비어 컨택(72)을 통하여 하부 전극(69)에 인가된다. 동시에 상부 전극(73)에는 바이어스 전압이 인가되어 상부 전극(73)과 하부 전극(69) 사이에 전계가 발생한다. 이 전계에 의하여 상부 전극(73)과 하부 전극(69) 사이의 변형부(71)가 변형을 일으킨다. 변형부(71)는 전계에 대하여 수직한 방향으로 수축하며, 따라서 액츄에이터(77)는 소정의 각도를 가지고 멤브레인(67)이 형성되어 있으므로 액츄에이터(77)와 함께 경사진다. 이에 따라서, 반사층(75)은 광원으로부터 입사되는 광속을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광속은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.
그러나, 상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 상부 전극과 하부 전극 사이에 형성되어 상부 전극과 하부 전극 사이에 발생하는 전계에 따라 변형을 일으키는 변형부의 틸팅(tilting) 각도가 작음으로 인하여, 광원으로부터 입사되는 광속의 반사각이 작아져 광속의 광효율이 저하되며, 이에 따라 스크린에 형성되는 화상의 콘트라스트가 저하되는 문제점이 있다. 또한, 변형부의 틸팅 각도가 작아서 시스템의 설계를 용이하게 하기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 변형층이 최대 각도로 틸팅을 일으키게 함으로써, 광원으로부터 입사되는 광속의 광효율을 높일 수 있고, 콘트라스트를 향상시켜 밝고 선명한 화상을 맺을 수 있으며, 또한 시스템의 설계에 있어서도 광원과 스크린과의 간격을 넓게 하여 시스템의 설계를 용이하게 할 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
제1도는 종래의 광로 조절 장치의 엔진 시스템의 개략도이다.
제2도는 본 출원인이 선행 출원한 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
제3도는 제2도에 도시한 장치를 A-A'선으로 자른 단면도이다.
제4a도 내지 제4c도 는 제3도에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
제5도는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
제6도은 제5도에 도시한 장치를 B-B'선으로 자른 단면도이다.
제7a도 내지 제7c도는 제5도에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
100 : 액티브 매트릭스 105 : 드레인 패드
110 : 보호층 115 : 식각 방지층
120 : 플러그 125 : 희생층
130 : 에어 갭 135a : 제1 하부 전극
135b : 제2 하부 전극 140 : 변형층
145a : 제1 상부 전극 145b : 제2 상부 전극
150 : 액츄에이터 160 : 제1 갭
170 :제2 갭
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M,N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스 ; 그리고 ⅰ) 상기 액티브 매트릭스의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 형성된 제1 하부 전극, ⅱ) 상기 제1 하부 전극의 상부에 형성된 제2 하부 전극, ⅲ) 상기 제2 하부 전극의 상부에 형성된 변형층, ⅳ) 상기 변형층의 상부에 형성된 제1 상부 전극, 그리고 ⅴ) 상기 제1 상부 전극의 상부에 형성된 제2 상부 전극을 갖는 액츄에이터를 포함하는 박막형 광로 조절 장치를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M,N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계; 상기 액티브 매트릭스의 상부에 드레인 패드를 형성하는 단계; 그리고 ⅰ) 상기 드레인 패드가 형성된 상기 액티브 매트릭스의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하게 복수 개의 층을 갖는 하부 전극을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계, ⅲ) 상기 변형층의 상부에 복수 개의 층을 갖는 상부 전극을 형성하는 단계, 그리고 ⅳ) 상기 복수 개의 상부 전극, 상기 변형층, 상기 복수 개의 하부 전극을 패터닝하는 단계를 포함하는 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공한다.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 화상 신호는 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터로부터 드레인 패드 및 플러그를 통하여 제1 하부 전극 및 제2 하부 전극에 인가된다. 동시에 제1 상부 전극 및 제2 상부 전극에는 바이어스 전압이 인가되어 제1 하부 전극 및 제2 하부 전극과 제1 상부 전극 및 제2 상부 전극 사이에 전계가 발생한다. 이 전계에 의하여 제2 하부 전극과 제1 상부 전극 사이의 변형층이 변형을 일으킨다. 변형층은 전계에 대하여 수직한 방향으로 수축하며, 따라서 변형층을 포함하는 액츄에이터는 소정의 각도로 틸팅을 일으킨다. 입사되는 광속을 반사하는 기능을 수행하는 제2 상부 전극은 변형층의 상부에 형성되어 있으므로 변형층과 함께 소정의 각도로 틸팅된다. 이에 따라, 제2 상부 전극은 광원으로부터 입사되는 광속을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광속은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.
그러므로, 상기 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법은, 변형층이 최대의 틸팅 각도로 변형을 일으키도록 하기 위하여, 각기 적절한 두께를 갖고 이중 층으로 구성되는 상부 전극 및 하부 전극을 형성한 후, 적절한 치수를 갖는 제1 갭 및 제2 갭의 차이를 두고, 상부 전극과 하부 전극 사이에 역시 적절한 두께를 갖는 변형층을 형성함으로써, 변형층의 틸팅 각도가 최대로 되도록 한다. 따라서, 광원으로부터 입사되는 광속의 광효율을 높일 수 있고, 콘트라스트를 향상시켜 밝고 선명한 화상을 맺을 수 있으며, 또한 시스템의 설계에 있어서도 광원과 스크린과의 간격을 넓게 하여 시스템의 설계를 용이하게 할 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법을 상세하게 설명한다.
도5는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도6은 도5에 도시한 장치를 B-B'선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도5 및 도6을 참조하면, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는 내부에 M×N(M,N은 정수)개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드(105)가 형성된 액티브 매트릭스(100)와 상기 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 액츄에이터(150)를 포함한다.
상기 액티브 매트릭스(100)는, 상기 드레인 패드(105) 및 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 보호층(110), 보호층(110)의 상부에 형성된 식각 방지층(115), 그리고 식각 방지층(115)으로부터 보호층(110)을 통하여 드레인 패드(105)까지 수직하게 형성된 플러그(120)를 포함한다.
상기 액츄에이터(150)는, 일측이 상기 식각 방지층(115) 중 아래에 드레인 패드(105)가 형성된 부분에 접촉되며, 타측이 에어 갭(130)을 개재하여 액티브 매트릭스(100)와 평행하게 형성된 제1 하부 전극(135a), 제1 하부 전극(135a)의 상부에 형성되며 제1 하부 전극(135a)과 같은 크기를 갖는 제2 하부 전극(135b), 제2 하부 전극(135b)의 상부에 형성되며, 양측에 제1 갭(gap)(160)의 크기만큼 작은 크기를 갖는 변형층(active layer)(140), 변형층(140)의 상부에 형성되며 양측에 제2 갭(170)의 크기만큼 작은 크기를 갖는 제1 상부 전극(145a), 그리고 제1상부 전극(145a)의 상부에 형성되며 제1 상부 전극(145a)과 같은 크기를 갖는 제2 상부 전극(145b)을 포함한다.
또한, 도5를 참조하면, 상기 제1 하부 전극(135a) 및 제2 하부 전극(135b)의 일측은 제1 하부 전극(135a) 및 제2 하부 전극(135b)의 중앙부를 중심으로 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 가면서 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성된다. 또한, 상기 제1 하부 전극(135a) 및 제2 하부 전극(135b)의 타측은 인접한 액츄에이터의 제1 하부 전극 및 제2 하부 전극의 계단형으로 넓어지는 오목한 부분에 대응하도록 제1 하부 전극(135a) 및 제2 하부 전극(135b)의 중심부를 향하여 계단형으로 좁아지는 형상의 돌출부를 갖는다. 따라서, 상기 제1 하부 전극(135a) 및 제2 하부 전극(135b)의 돌출부는 인접한 액츄에이터의 제1 하부 전극 및 제2 하부 전극의 오목한 부분에 끼워지고, 상기 제1 하부 전극 (135a) 및 제2 하부 전극(135b)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 제1 하부 전극 및 제2 하부 전극의 돌출부가 끼워져서 형성된다.
이하, 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도7a 내지 도7c는 도6에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도7a를 참조하면, 내부에 M×N개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고, 일측 상부에 드레인 패드(105)가 형성된 액티브 매트릭스(100)의 상부에 보호층(110)을 적층한다. 보호층(110)은 인 실리케이트 유리(Phospho-Silicate Glass :PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 1. 0~2. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 보호층(110)은 후속하는 공정 동안 액티브 매트릭스(100)를 보호한다. 이어서, 상기 보호층(110)의 상부에 식각 방지층(115)을 적층한다. 식각 방지층(115)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1000~2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(115)은 후속하는 식각 공정 동안 액티브 매트릭스(100) 및 보호층(110)이 식각되어 손상을 입는 것을 방지한다.
계속하여, 식각 방지층(115)으로부터 보호층(110)을 식각하여 상기 드레인 패드(105)의 일부를 노출시킨 후, 텅스텐, 또는 알루미늄 등의 금속을 스퍼터링 방법, 또는 리프트-오프 방법을 이용하여 플러그(120)를 형성한다. 플러그(120)는 드레인 패드(105)와 전기적으로 연결된다. 이어서, 플러그(120) 및 상기 식각 방지층(115)의 상부에 희생층(125)을 적층한다. 희생층(125)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법을 이용하여 1. 0~2. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 계속해서, 상기 희생층(125) 중 아래에 드레인 패드(105)가 형성된 부분을 패터닝하여 상기 식각 방지층(115)의 일부 및 플러그(120)를 노출시킨다.
도7b를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(115)의 상부, 플러그(120)의 상부 및 희생층(125)의 상부에 제1 하부 전극(135a)을 적층한다. 제1 하부 전극(135a)은 탄탈륨(Ta)을 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 1000~3000Å, 바람직하게는 2000Å정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 제1 하부 전극(135a)의 상부에 제2 하부 전극(135b)을 적층한다. 제2 하부 전극(135b)은 백금(Pt)을 사용하여 상기 제1 하부 전극(135a)과 같은 방법으로 형성한다. 제2 하부 전극(135b)은 1000~3000Å, 바람직하게는 약 1400Å, 또는 1700Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 그리고, 제1 하부 전극(135a) 및 제2 하부 전극(135b)을 각각의 화소(pixel) 별로 분리하기 위하여 Iso-Cutting을 한다. 상기 제1 하부 전극(135a) 및 제2 하부 전극(135b)에는 화상 신호가 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터로부터 드레인 패드(105) 및 플러그 (120)를 통하여 인가된다.
상기 제2 하부 전극(135b)의 상부에는 변형층(140)이 적층되다. 변형층(140)은 PZT, 또는 PLZT 등의 압전 물질을 졸-겔(Sol-Gel)법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 3000~5000Å, 바람직하게는 약 3000A, 또는 4000A 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상기 변형층(140)을 급속 열처리(RTA)방법을 이용하여 열처리하여 상변이 시킨다. 변형층(140)은 제1 상부 전극(145a) 및 제2 상부 전극(145b)과 제1 하부 전극(135a) 및 제2 하부 전극(135b) 사이에 발생하는 전계에 의하여 변형을 일으킨다.
제1 상부 전극(145a)은 상기 변형층(140)의 상부에 적층된다. 제1 상부 전극(145a)은 제1 하부 전극(135a)과 같은 물질인 탄탈륨을 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 1000~3000Å, 바람직하게는 2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 제1 상부 전극(145a)의 상부에 제2 상부 전극(145b)을 적층한다. 제2 상부 전극(145b)은 제2 하부 전극(135b)과 동일한 금속 및 동일한 방법을 사용하여 2000~4000Å, 바람직하게는 3000Å 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 공통 전극인 상기 제1 상부 전극(145a) 및 제2 상부 전극(145b)에는 바이어스 전압이 인가된다. 따라서, 상기 제1 하부 전극(135a) 및 제2 하부 전극 (135b)에 화상 신호가 인가되고, 동시에 제1 상부 전극(145a) 및 제2 상부 전극(145b)에 바이어스 전압이 인가되면 전계가 발생하며, 이러한 전계에 의하여 변형층(140)이 변형을 일으킨다.
종래에는 액츄에이터를 구성하는 상부 전극, 하부 전극 및 변형층의 형상과 그 치수에 대한 정확한 데이타(data)가 작성되어 있지 않아서, 변형층이 최대의 변형각도로 변형을 일으키는 데 필요한 적절한 두께 및 이와 관련된 상부 전극 및 하부 전극의 설계에 있어서 많은 어려움이 있었다. 그러나, 본 발명에서는 변형층(140)이 최대의 틸팅 각도로 변형을 일으키도록 하기 위하여, 상기와 같이 각기 적절한 두께를 갖는 이중 층으로 구성되는 상부 전극 및 하부 전극을 형성한 후, 적절한 치수를 갖는 제1 갭(160) 및 제2 갭 (170)의 차이를 두고 상부 전극과 하부 전극 사이에 역시 적절한 두께를 갖는 변형층(140)을 형성함으로써, 변형층(140)의 틸팅 각도가 최대로 되도록 한다. 본 발명에 따라 제조된 변형층(140)의 틸팅 각도를 시뮬레이션(simulation)한 결과를 하기의 표1에 나타낸다.
상기, 표1에 있어서, 액츄에이터(150)의 길이는 약 50㎛이고, 제1 상부 전극(145a) 및 제2 상부 전극(145b)의 폭은 약 7. 0㎛이며, 제1 갭(160) 및 제2 갭(170)의 크기는 약 1.5㎛이며, 인가되는 전압차는 10Ⅴ이다. 표1에 나타낸 바와 같이, 상기 변형층(140)의 두께가 4000Å일 때는, 제2 하부 전극(135b)의 두께가 1700Å일 때, 변형층(140)이 최대의 틸팅 각도로 구동한다. 또한, 변형층(140)의 두께가 3000Å일 때는, 제2 하부 전극(135b)의 두께가 1400Å일 때, 변형층(140)이 최대의 틸팅 각도로 구동한다.
도7c를 참조하면, 상기 제2 상부 전극(145b), 제1 상부 전극(145a), 변형층(140), 제2 하부 전극(135b), 그리고 제1 하부 전극(135a)을 차례로 패터닝한다. 즉, 제2 상부 전극(145b)의 상부에 제1 포토 레지스트(photo resist)를 도포한 후, 제2 상부 전극(145b) 및 제1 상부 전극(145a)이 동일한 크기를 가지도록 소정의 화소 형상으로 동시에 패터닝한다. 이어서, 상기 제1 포토 레지스트를 제거한 후, 상기 변형층(140)을 패터닝한다. 이때, 상기 변형층(140)은 제1 상부 전극(145a) 및 제2 상부 전극(145b)보다 양측이 제2 갭(170) 만큼 1.5㎛ 정도 넓은 크기를 갖도록 패터닝된다. 즉, 변형층(140)은 제1 상부 전극(145a) 보다 약 3. 0㎛ 정도 넓은 크기를 가진다.
계속하여, 상기 제2 포토 레지스트를 제거한 후, 제2 하부 전극(135b) 및 제1 하부 전극(135a)을 동시에 패터닝한다. 이 경우, 제2 하부 전극(135b) 및 제1 하부 전극(135a)이 변형층(140) 보다 양측이 제1 갭(160) 만큼 1. 5㎛ 정도 넓은 크기를 갖도록 패터닝한다. 즉, 제2 하부 전극(135b) 및 제1 하부 전극(135a)이 변형층(140)보다 약 3 0㎛ 정도 넓은 크기를 가진다.
전술한 바와 같이, 패터닝을 완료한 후, 플루오르화 수소 (HF) 증기를 이용하여 희생층(125)을 식각한 후, 세정 및 건조하여 AMA 소자를 완성한다.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 화상 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터로부터 드레인 패드(105) 및 플러그(120)를 통하여 제1 하부 전극(135a) 및 제2 하부 전극(135b)에 인가된다. 동시에 제1 상부 전극(145a) 및 제2 상부 전극(145b)에는 바이어스 전압이 인가되어 제1 하부 전극(135a) 및 제2 하부 전극(135b)과 제1 상부 전극 (145a) 및 제2 상부 전극(145b) 사이에 전계가 발생한다. 이 전계에 의하여 제2 하부 전극(135b)과 제1 상부 전극(145a) 사이의 변형층(140)이 변형을 일으킨다. 변형층(140)은 전계에 대하여 수직한 방향으로 수축하며, 따라서 변형층(140)을 포함하는 액츄에이터(150)는 소정의 각도로 틸팅을 일으킨다. 입사되는 광속을 반사하는 기능을 수행하는 제2 상부 전극(145b)은 변형층(140)의 상부에 형성되어 있으므로 변형층(140)과 함께 소정의 각도로 틸팅된다. 이에 따라, 제2 상부 전극(145b)은 광원으로부터 입사되는 광속을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광속은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 있어서, 변형층이 최대의 틸팅 각도로 변형을 일으키도록 하기 위하여, 각기 적절한 두께를 갖고 이중층으로 구성되는 상부 전극 및 하부 전극을 형성한 후, 적절한 치수를 갖는 제1 갭 및 제2 갭의 차이를 두고, 상부 전극과 하부 전극 사이에 역시 적절한 두께를 갖는 변형층을 형성함으로써, 변형층의 틸팅 각도가 최대로 되도록 한다. 따라서, 광원으로부터 입사되는 광속의 광효율을 높일 수 있고, 콘트라스트를 향상시켜 밝고 선명한 화상을 맺을 수 있으며, 또한 시스템의 설계에 있어서도 광원과 스크린과의 간격을 넓게 하여 시스템의 설계를 용이하게 할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예에 의하여 상세하게 설명 및 도시하였지만, 본 발명은 이에 의하여 제한되는 것이 아니라 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적인 범위 내에서 이를 변형하는 것이나 개량하는 것이 가능하다.

Claims (16)

  1. M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드(105)가 형성된 액티브 매트릭스(100) ; 그리고 ⅰ) 상기 액티브 매트릭스(100)의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(110)을 개재하여 상기 액티브 매트릭스(100)와 평행하도록 형성된 제1 하부 전극(135a), ⅱ) 상기 제1 하부 전극(135a)의 상부에 형성된 제2 하부 전극(135b), ⅲ) 상기 제2 하부 전극(135a)의 상부에 형성된 변형층(140), ⅳ) 상기 변형층(140)의 상부에 형성된 제1 상부 전극(145a), 그리고 ⅴ) 상기 제1 상부 전극(145a)의 상부에 형성된 제2 상부 전극(145a)을 갖는 액츄에이터(150)를 포함하는 박막형 광로 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액티브 매트릭스(100)는 상기 액티브 매트릭스(100) 및 상기 드레인 패드(105)의 상부에 형성된 보호층(110), 상기 보호층(110)의 상부에 형성된 식각 방지층(115), 그리고 상기 식각 방지층(115)으로부터 상기 보호층(110)을 통하여 상기 드레인 패드(105)까지 수직하게 형성되어 상기 제1 하부 전극(135a)과 상기 드레인 패드(105)를 연결하는 플러그(120)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 하부 전극(135a)은 탄탈륨을 사용하여 1000~3000Å의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 하부 전극(135b)은 백금을 사용하여 1000~3000Å의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 변형층(140)은 압전 물질을 사용하여 3000~5000Å의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 상부 전극(145a)은 탄탈륨을 사용하여 1000~3000Å의 두께를 가지며, 상기 제2 상부 전극(145b)은 백금을 사용하여 2000~4000Å두께를 가지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1하부 전극(135a) 및 제2 하부 전극(135b)은 동일한 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 변형층(140)은 상기 제2 하부 전극(135b) 보다 약 1. 5㎛ 작은 치수를 가지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 변형층(140)은 상기 제1 상부 전극 (145a) 보다 약 1. 5㎛ 큰 치수를 가지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 상부 전극(145a) 및 상기 제2 상부 전극(145b)은 동일한 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  11. M×N(M,N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계; 상기 액티브 매트릭스의 상부에 드레인 패드를 형성하는 단계; 그리고 ⅰ) 상기 드레인 패드가 형성된 상기 액티브 매트릭스의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하게 복수 개의 층을 갖는 하부 전극을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계, ⅲ) 상기 변형층의 상부에 복수 개의 층을 갖는 상부 전극을 형성하는 단계, 그리고 ⅳ) 상기 복수 개의 상부 전극, 상기 변형층, 상기 복수 개의 하부 전극을 패터닝하는 단계를 포함하는 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 드레인 패드를 형성하는 단계는, 상기 액티브 매트릭스 및 상기 드레인 패드의 상부에 보호층을 형성하는 단계, 상기 보호층의 상부에 식각 방지층을 형성하는 단계, 상기 식각 방지층 및 상기 보호층 중 아래에 상기 드레인 패드가 형성된 부분을 식각한 후, 플러그를 형성하는 단계, 그리고 상기 식각 방지층의 상부에 희생층을 형성한 후, 상기 희생층 중 아래에 상기 드레인 패드가 형성된 부분을 패터닝하여 상기 식각 방지층의 일부를 노출시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 복수 개의 층을 갖는 하부 전극을 형성하는 단계는, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 복수 개의 층을 갖는 상부 전극을 형성하는 단계는, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 복수 개의 상부 전극 및 상기 변형층을 패터닝하는 단계는, 상기 복수 개의 상부 전극이 상기 변형층보다 약1. 5㎛ 작은 치수를 갖게 패터닝하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 복수 개의 하부 전극을 패터닝하는 단계는, 상기 복수개의 하부 전극이 상기 변형층보다 약1. 5㎛ 큰 치수를 갖게 패터닝하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
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