KR100238803B1

KR100238803B1 - 광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치

Info

Publication number: KR100238803B1
Application number: KR1019960059191A
Authority: KR
Inventors: 최윤준
Original assignee: 전주범; 대우전자주식회사
Priority date: 1996-11-28
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 2000-01-15
Also published as: KR19980040067A

Abstract

광효율을 극대화할 수 있는 박막형 광로조절 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 M×N개의 트랜지스터가 내장되고 드레인패드가 형성된 액티브매트릭스, 액티브매트릭스의 상부에 형성되며, ⅰ) 양측부가 드레인패드가 위치한 부분 및 이와 인접한 부분으로부터 수평하게 연장된 2개의 직사각형의 형상을 가지며, 중앙부가 사각평판의 형상을 갖는 멤브레인, ⅱ) 멤브레인의 상부에 형성된 하부전극, ⅲ) 하부전극의 상부에 형성된 변형층 및 ⅳ) 변형층의 상부에 형성된 상부전극을 포함하는 액츄에이터, 그리고 멤브레인의 중앙부 상에 형성된 거울을 포함한다. 변형을 일으키는 구동부와 입사광을 반사하는 거울부를 분리하고, 구동부의 면적을 축소하는 동시에 거울부의 면적을 확대함으로서 입사광의 광효율을 극대화할 수 있으므로 스크린에 투영되는 화상의 화질을 향상시킬 수 있다.

Description

광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치

본 발명은 박막형 광로조절 장치인 TMA(Thin-film Micormirror-Array actuated)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소정의 각도로 변형을 일으키는 구동부와 입사광을 반사하는 거울부를 분리하고, 구동부의 면적을 축소하는 동시에 거울부의 면적을 확대함으로써, 입사광의 광효율을 극대화할 수 있으며, 스크린에 투영되는 화상의 화질을 향상시킬 수 있는 박막형 광로조절 장치에 관한 것이다.

일반적으로 광속을 조절하여 화상을 형성할 수 있는 광로조절 장치는 크게 두 종류로 구분된다. 그 한 종류는 직시형 화상표시 장치로서 CRT(Cathode Ray Tube) 등이 있으며, 다른 한 종류는 투사형 화상표시 장치로서 액정표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), DMD(Deformable Mirror Device), 또는 AMA(Actuated Mirror Array) 등이 이에 해당한다. 상기 CRT 장치는 화상의 질은 우수하지만 화면의 대형화에 따라 장치의 중량과 용적이 증가하여 그 제조비용이 상승하게 되는 문제점이 있다. 이에 비하여 액정표시 장치(LCD)는 광학적 구조가 간단하여 얇게 형성할 수 있기 때문에 그 중량 및 용적을 줄일 수 있는 장점이 있다. 그러나, 액정표시 장치(LCD)는 입사되는 광속의 편광으로 인하여 약 1~2%의 광효율을 가질 정도로 광효율이 저하되며, 액정물질의 응답 속도가 느리고 내부가 과열되기 쉬운 문제점이 있다.

따라서, 상기 문제점들을 해결하기 위하여 DMD 또는 AMA 등의 화상표시 장치가 개발되었다. 현재, DMD가 5% 정도의 광효율을 가지는 것에 비해 AMA는 약 10%이상의 광효율을 얻을 수 있다. 또한, AMA 장치는 콘트라스트(contrast)를 향상시켜 보다 밝고 선명한 화상을 맺을 수 있으며, 입사되는 광속의 극성에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 반사되는 광속의 극성에 영향을 끼치지도 않는다. 이러한 미합중국 특허 제5,126,836호(issued to Gregory Um)에 개시된 AMA의 엔진 시스템의 개략도를 도 1에 도시하였다.

도 1을 참조하면, 광원(1)으로부터 입사된 광은 제1 슬릿(3) 및 제1 렌즈(5)를 지나면서 RㆍGㆍB(RedㆍGreenㆍBlue) 표색계에 따라 분광된다. 상기 RㆍGㆍB 별로 분광된 광은 각기 제1 거울(7), 제2 거울(9) 및 제3 거울(11)에 의하여 반사되어 각각의 거울에 대응하여 설치된 AMA 소자들(13)(15)(17)로 입사된다. 상기 RㆍGㆍB 별로 형성된 AMA 소자들(13)(15)(17)은 각기 내부에 구비된 거울들을 소정의 각도로 경사지게 하여 입사광을 반사시킨다. 이 때, 상기 거울은 거울의 하부에 형성된 변형층(active layer)의 변형에 따라 기울게 된다. AMA 소자들(13)(15)(17)로부터 반사된 빛은 제2 렌즈(19) 및 제2 슬릿(21)을 통과한 후, 투영렌즈(23)에 의하여 스크린(도시되지 않음)에 투영되어 화상을 맺게 된다.

상기 변형층의 구성 물질로서는 대부분의 경우 산화아연(Zn0)이 사용된다. 그러나, PZT(lead zirconate titanate, Pb(Zr, Ti)O₃)가 산화아연 보다 더 우수한 압전 특성을 가진다는 사실이 근래에 알려져왔다. PZT는 PbZrO₃와 PbTiO₃의 완전 고용체(solid solution)로서 고온에서는 결정 구조가 입방정(cubic)인 상유전상(paraelectric phase)으로 존재하며, 상온에서는 Zr과 Ti의 조성비에 따라 결정 구조가 사방정(orthorhombic)인 반강유전상(antiferroelectric phase), 능면체정(rhombohedral)인 강유전상(ferroelectric phase) 그리고 정방정(tetragonal)인 강유전상으로 존재한다.

이러한 PZT의 이원 상태도(binary phase diagram)를 도 2에 도시하였다. 도 2를 참조하면, Zr과 Ti의 조성비가 약 1 : 1인 조성에서 정방정상(tetragonal phase)과 능면체정상(rhombohedral phase)의 상경계(morphotropic phase boundary ; MPB)가 있으며, PZT는 상경계(MPB)의 조성에서 최대의 유전 특성(dielectric property) 및 압전 특성을 나타낸다. 상경계는 특정 조성에 위치하지 않고 비교적 넓은 조성 범위에 걸쳐 정방정상과 능면체정상이 공존하는 영역으로 되어 있으며, 상공존 영역(phase coexistent region)은 연구자에 따라 2~3mol%에서 15mol%에 이르기까지 각기 다르게 보고되어 있다. 이러한 상공존의 원인으로서는 열역학적 안정성(thermodynamic stability), 조성의 불균일성(compositional fluctuation), 내부 응력(internal stress) 등의 여러 가지 이론들이 제시되고 있다. 현재, PZT 박막(thin film)은 스핀 코팅(spin coating) 방법, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition ; CVD) 방법 또는 스퍼터링(sputtering) 방법 등과 같은 다양한 공정을 이용하여 제조할 수 있다.

이러한 광로조절 장치인 AMA는 크게 벌크(bulk)형과 박막(thin film)형으로 구분된다. 상기 벌크형 광로조절 장치는 미합중국 특허 제5,085,497호(issued to Gregory Um et al.)에 개시되어 있다. 벌크형 광로조절 장치는 다층 세라믹을 얇게 절단하여 내부에 금속 전극이 형성된 세라믹 웨이퍼(wafer)를 트랜지스터가 내장된 액트브매트릭스(active matrix) 상에 장착한 후, 쏘잉(sawing) 방법으로 가공하고 그 상부에 거울을 설치하여 이루어진다. 그러나, 벌크형 광로조절 장치는 설계 및 제조에 있어서 높은 정밀도가 요구되고 변형층의 응답속도가 느리다는 문제점이 있다. 이에 따라 반도체 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 광로조절 장치(TMA)가 개발되었다.

상기 박막형 광로조절 장치는 본 출원인이 특허출원한 특허출원 제96-42197호(발명의 명칭; 멤브레인의 스트레스를 조절할 수 있는 박막형 광로조절 장치 및 그 제조 방법)에 개시되어 있다. 도 3은 상기 선행 출원에 개시된 박막형 광로조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 4는 도 3의 장치를 A-A` 선으로 자른 단면도를 도시한 것이며, 도 5a 내지 도 5c는 도 4에 도시한 장치의 제조 공정도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 박막형 광로조절 장치는 일측 상부에 드레인패드(drain pad)(49)가 형성된 액티브매트릭스(41)와 액티브매트릭스(41)의 상부에 형성된 액츄에이터(actuator)(43)를 포함한다.

상기 액티브매트릭스(41)는 액티브매트릭스(41) 및 드레인패드(49)의 상부에 적층된 보호층(passivation layer)(51)과 보호층(51)의 상부에 적층된 식각방지층(etch stop layer)(53)을 포함한다. 액티브매트릭스(41)의 내부에는 M×N개의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되어 있다.

상기 액츄에이터(43)는 식각방지층(53) 중 아래에 드레인패드(49)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(air gap)(55)을 개재하여 상기 식각방지층(53)과 평행하게 적층된 멤브레인(membrane)(57), 멤브레인(57)의 상부에 적층된 하부전극(bottom electrode)(61), 하부전극(61)의 상부에 적층된 변형층(63), 변형층(63)의 일측 상부에 적층된 상부전극(top electrode)(65), 변형층(63)의 일측으로부터 하부전극(61), 멤브레인(57), 식각방지층(53) 및 보호층(51)을 통하여 상기 드레인(49)까지 형성된 비어홀(via hole)(68), 그리고 비어홀(68) 내에 하부전극(61)과 드레인패드(49)가 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 비어컨택(via contact)(69)을 포함한다.

도 3을 참조하면, 멤브레인(57)의 일측은 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상을 갖는다. 상기 멤브레인(57)의 타측에는 상기 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부가 형성된다. 상기 멤브레인(57)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 멤브레인의 돌출부가 끼워지고, 상기 사각형 형상의 돌출부가 인접한 멤브레인의 오목한 부분에 끼워지게 된다.

이하 상술한 박막형 광로조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다.

도 5a 내지 도 5d는 도 4에 도시한 장치의 제조 공정도이다. 도 5a 내지 도 5d에 있어서, 도 4와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.

도 5a를 참조하면, M×N개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 일측 상부에 드레인패드(49)가 형성된 액티브매트릭스(41)의 상부에 인실리케이트유리(Phosphor-Silicate Glass ; PSG)로 구성된 보호층(51)을 적층한다. 보호층(51)은 화학기상증착(CVD) 방법을 이용하여 0.1~2.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 보호층(51)은 후속하는 공정 동안 액티브매트릭스(41)를 보호한다.

보호층(51)의 상부에는 질화물(nitride)로 구성된 식각방지층(53)이 적층된다. 식각방지층(53)은 저압 화학기상증착(Low Pressure CVD ; LPCVD) 방법을 이용하여 1000~2000Å 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 식각방지층(53)은 후속하는 식각 공정 동안 보호층(51) 및 액티브매트릭스(41) 등이 식각되는 것을 방지한다.

식각방지층(53)의 상부에는 희생층(sacrificial layer)(56)이 적층된다. 희생층(56)은 인(P)의 농도가 높은 인실리케이트유리(PSG)를 대기압 화학기상증착(Atmospheric Pressure CVD ; APCVD) 방법을 이용하여 1.0~2.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 희생층(56)은 트랜지스터가 내장된 액티브매트릭스(41)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(56)의 표면을 스핀 온 글래스(Spin On Glass ; SOG)를 사용하는 방법 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 희생층(56) 중 아래에 드레인패드(49)가 위치한 부분을 식각하여 식각방지층(53)의 일부를 노출시킨다.

도 5b를 참조하면, 멤브레인(57)은 상기 노출된 식각방지층(53)의 상부 및 희생층(56)의 상부에 0.1~1.0㎛ 정도의 두께로 적층된다. 상기 멤브레인(57)은 실리콘 카바이드(silicon carbide)를 PECVD(Plasma Enhanced CVD) 방법을 이용하여 200~300℃의 온도에서 형성된다. 이때, 상기 실리콘 카바이드는 액상(liquid) C₆H₁₈Si₂로부터 발생한 실리콘(Si)와 탄소(C)를 증착시켜 제조한다. 또는, 상기 실리콘 카바이드는 SiH₄와 CH₄의 혼합체로부터 발생한 실리콘과 탄소를 증착시켜 제조할 수 있다. 계속하여, 멤브레인(57) 내의 스트레스를 조절하기 위하여 600℃ 이하의 온도에서 실리콘 카바이드로 구성된 멤브레인(57)을 열처리(annealing)한다.

상기 멤브레인(57)의 상부에는 백금(Pt) 또는 탄탈륨(Ta) 등의 금속으로 구성된 하부전극(61)이 적층된다. 하부전극(61)은 스퍼터링 방법을 이용하여 500~2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 신호전극인 하부전극(61)에는 액티브매트릭스(41)에 내장된 트랜지스터로부터 화상신호가 드레인패드(49) 및 비어컨택(69)을 통하여 인가된다. 그리고, 하부전극(61)을 각 픽셀(pixel)별로 분리하기 위하여 패터닝한다.

도 5c를 참조하면, 상기 하부전극(61)의 상부에 PZT 또는 PLZT로 구성된 변형층(63)을 적층한다. 변형층(63)은 졸-겔(Sol-Gel)법을 이용하여 0.1~1.0㎛, 바람직하게는 0.4㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한 후, 급속열처리(Rapid Thermal Annealing ; RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨다. 변형층(63)은 상부전극(65)과 하부전극(61) 사이에 발생하는 전계에 의해 변형을 일으킨다.

상부전극(67)은 변형층(63)의 일측 상부에 적층된다. 상부전극(67)은 알루미늄(Al) 또는 백금 등의 전기전도성 및 반사성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 500~2000Å 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 공통전극인 상부전극(57)에는 바이어스 전압이 인가되어 하부전극(61)과 상부전극(57) 사이에 전계가 발생하게 된다. 또한 상부전극(57)은 광원으로부터 입사되는 광을 반사하는 거울의 기능도 수행한다. 이어서, 상부전극(65)의 중앙부에 스트라이프(stripe)(67)를 형성한다. 스트라이프(67)는 상부전극(65)을 균일하게 작동시켜 입사되는 광이 난반사되는 것을 방지한다.

도 5d를 참조하면, 상부전극(65)을 소정의 형상으로 패터닝한 후, 변형층(63)의 일부로부터 드레인패드(49)까지 변형층(63), 하부전극(61), 멤브레인(57), 식각방지층(53) 및 보호층(51)을 순차적으로 식각하여 수직하게 비어홀(68)을 형성한다. 이어서, 텅스텐(W), 백금 또는 티타늄(Ti) 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 드레인패드(49)와 하부전극(61)이 전기적으로 연결되도록 비어컨택(69)을 형성한다. 비어컨택(69)은 비어홀(68) 내에서 하부전극(61)으로부터 드레인패드(49)의 상부까지 수직하게 형성된다. 따라서, 화상신호는 액티브매트릭스(41)에 내장된 트랜지스터로부터 드레인패드(49) 및 비어컨택(69)을 통하여 하부전극(61)에 인가된다.

계속해서, 변형층(63), 하부전극(61), 멤브레인(57)을 차례로 패터닝한 후, 상기 희생층(56)을 플루오르화수소(HF) 증기로 식각하여 에어갭(55)을 형성한다. 상기와 같이 박막형 TMA 소자를 완성한 후, 백금-탄탈륨(Pt-Ta)을 스퍼터링 방법으로 액티브매트릭스(41)의 하단에 증착시켜 오믹컨택(ohmic contact)(도시되지 않음)을 형성한다. 이어서, 액티브매트릭스(41) 상부에 포토레지스트(photo resist)(도시되지 않음)를 도포한 후, 후속하는 공통전극인 상부전극(65)에 바이어스 전압을 인가하는 동시에 신호전극인 하부전극(61)에 화상신호를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package)(도시되지 않음) 본딩(bonding)을 대비하여 액티브매트릭스(41)를 자른다. 이 때, 후속되는 공정을 위하여 액티브매트릭스(41)를 약 1/3정도의 두께까지만 잘라 낸다. 계속하여, TCP 본딩에 요구되는 TMA 패널(pannel)의 패드(도시되지 않음)를 노출시키기 위해 TMA 패널의 패드 부위를 건식식각 방법을 이용하여 식각한다. 이와 같이 박막형 TMA 소자가 형성된 액티브매트릭스(41)를 소정의 형상으로 완전히 잘라낸 후, TMA 패널의 패드와 TCP를 연결하여 TMA 모듈을 완성한다.

그러나, 상술한 박막형 광로조절 장치에 있어서, 광을 반사하는 거울의 면적보다 소정의 각도로 변형을 일으키는 구동부의 면적이 더 넓음으로 인하여 소자의 실제 면적에 비하여 입사광에 비하여 반사광이 적게되어 광효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이 스트라이프(67)를 중심으로 일측의 소정의 각도로 구동하는 구동부가 타측의 입사광을 반사하는 거울보다 넓은 관계로 소자의 실제 면적에 비하여 광효율이 떨어지게 된다.

또한, 구동부 중 거울과 인접하는 부분에서 입사광이 반사됨으로 인하여 거울에서 반사되는 광과 광산란을 일으켜 스크린에 투영되는 화상의 화질을 저하시키는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 소정의 각도로 변형을 일으키는 구동부와 광을 반사하는 거울부를 분리하여 형성하고, 구동부의 면적을 축소하는 동시에 거울부의 면적을 확대하여 광효율을 극대화시킴으로써, 스크린에 투영되는 화상의 화질을 향상시킬 수 있는 박막형 광로조절 장치를 제공하는 것이다.

제1도는 종래의 박막형 광로조절 장치의 엔진 시스템의 개략도이다.

제2도는 PZT의 이원 상태도이다.

제3도는 본 출원인의 선행 출원에 기재된 박막형 광로조절 장치의 평면도이다.

제4도는 제3도의 장치를 A-A` 선으로 자른 단면도이다.

제5a도 내지 제5c도는 제4도에 도시한 장치의 제조 공정도이다.

제6도는 본 발명의 실시예 1에 따른 박막형 광로조절 장치의 평면도이다.

제7도는 제6도에 도시한 장치의 사시도이다.

제8도는 제7도에 도시한 장치를 B-B`선으로 자른 단면도이다.

제9도 내지 제14b도는 제7도 및 제8도에 도시한 장치의 제조 공정도이다.

제15도는 본 발명의 실시예 2에 따른 박막형 광로조절 장치의 편면도이다.

제16도는 제15도에 도시한 장치의 사시도이다.

제17도는 제16도에 도시한 장치를 C-C` 선으로 자른 단면도이다.

제18도 내지 제22b도는 제16도 및 제17도에 도시한 장치의 제조 공정도이다.

제23도는 본 발명의 실시예 3에 따른 박막형 광로조절 장치의 평면도이다.

제24도는 제23도에 도시한 장치의 사시도이다.

제25도는 제24도에 도시한 장치를 D-D` 선으로 자른 단면도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 액티브매트릭스 105 : 드레인패드

110 : 보호층 115 : 식각방지층

120 : 멤브레인 125 : 하부전극

130 : 변형층 140 : 상부전극

145 : 비어홀 150 : 비어컨택

160 : 거울 170 : 액츄에이터

175 : 거울지지부

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M, N은 자연수)개의 MOS트랜지스터가 내장되고 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인패드가 형성된 액티브매트릭스 ; 상기 액티브매트릭스의 상부에 형성되며, ⅰ) 양측부가 상기 드레인패드가 위치한 부분 및 이와 인접한 부분으로부터 수평하게 연장된 2개의 직사각형의 형상을 가지며, 중앙부가 사각평판의 형상을 갖는 멤브레인, ⅱ) 상기 멤브레인의 상부에 형성된 하부전극, ⅲ) 상기 하부전극의 상부에 형성된 변형층, 그리고 ⅳ) 상기 변형층의 상부에 형성된 상부전극을 포함하는 액츄에이터 ; 그리고 상기 멤브레인의 중앙부 상에 형성된 거울을 포함하는 박막형 광로조절 장치를 제공한다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N개의 MOS트랜지스터가 내장되고 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인패드가 형성된 액티브매트릭스 ; 상기 액티브매트릭스의 상부에 형성되며, ⅰ) 양측부가 상기 드레인패드가 위치한 부분으로부터 수평하게 연장된 2개의 직사각형의 형상을 가지며, 중앙부가 서로 분리된 사각형의 형상을 갖는 멤브레인, ⅱ) 상기 멤브레인의 양측부 상에 각기 형성된 2개의 하부전극들, ⅲ) 상기 하부전극들의 상부에 각기 형성된 2개의 변형층들 그리고 ⅳ) 상기 변형층들의 상부에 각기 형성된 2개의 상부전극들을 포함하는 액츄에이터 ; 그리고 상기 멤브레인의 중앙부 상에 형성된 거울을 포함하는 박막형 광로조절 장치를 제공한다.

그리고, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N개의 MOS트랜지스터가 내장되고 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인패드가 형성된 액티브매트릭스 ; 상기 액티브매트릭스의 상부에 형성되며, ⅰ) 양측부가 상기 드레인패드가 위치한 부분으로부터 수평하게 연장된 2개의 직사각형의 형상을 가지며, 중앙부가 사각평판의 형상을 갖는 멤브레인, ⅱ) 상기 멤브레인의 양측부 상에 각기 형성된 2개의 하부전극들, ⅲ) 상기 하부전극들의 상부에 각기 형성된 2개의 변형층들 그리고 ⅳ) 상기 변형층들의 상부에 각기 형성된 2개의 상부전극들을 포함하는 액츄에이터 ; 그리고 상기 멤브레인의 중앙부 상에 형성된 거울을 포함하는 박막형 광로조절 장치를 제공한다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 광로조절 장치에 있어서, 상부전극에는 TCP의 패드 및 TMA 패널의 패드를 통하여 바이어스 신호가 인가된다. 동시에, 상기 TCP의 패드 및 TMA 패널의 패드를 통하여 전달된 화상신호는 상기 액티브 매트릭스에 내장된 MOS 트랜지스터와 드레인패드 및 비어컨택을 통하여 하부전극에 인가된다. 따라서, 상부전극과 하부전극 사이에 전기장이 발생하며, 이 전기장에 의하여 상부전극과 하부전극 사이의 변형층이 변형을 일으킨다.

변형층은 상기 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하며, 변형층 및 멤브레인을 포함하는 액츄에이터는 소정의 각도를 가지고 상방으로 휘어진다. 광원으로부터 입사되는 광을 반사하는 거울은 멤브레인의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터와 같은 구동 각도로 경사진다. 따라서, 거울은 입사되는 광을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 광로조절 장치에 있어서, 2개의 상부전극들에는 TCP의 패드 및 TMA 패널의 패드를 통하여 바이어스 신호가 각기 인가된다. 동시에 상기 TCP의 패드 및 TMA 패널의 패드를 통하여 전달된 화상신호는 상기 액티브매트릭스에 내장된 MOS 트랜지스터와 드레인패드 및 2개의 비어컨택들을 통하여 2개의 하부전극들에 각기 인가된다. 따라서, 상기 상부전극들과 하부전극들 사이에 전기장이 발생하며, 이 전기장에 의하여 상부전극들과 하부전극들 사이의 변형층들이 변형을 일으킨다.

2개의 변형층은 상기 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하며, 상기 변형층들 및 멤브레인을 포함하는 액츄에이터는 소정의 각도로 상방으로 휘어진다. 광원으로부터 입사되는 광을 반사하는 거울은 멤브레인의 상부에 형성되어 있으므로 상기 액츄에이터와 같은 구동 각도로 경사지게 된다. 따라서, 거울은 입사되는 광을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺는다.

본 발명에 따르면, 구동부에 포함되는 멤브레인이 양측부는 양측 지지부로부터 연장된 직사각형의 형상을 갖고, 중앙부는 이러한 암들 사이에 암들보다 넓은 면적을 갖는 사각형 형상의 평판이 동일 편면상에서 상기 암들과 일체로 형성된 형상을 갖거나, 소정의 간격으로 분리된 2개의 사각 평판의 형상을 갖는다. 거울은 상기 멤브레인의 중앙부 상에 이와 동일한 형상 또는 보다 넓은 면적을 갖는 사각평판의 형상을 갖는다. 상기와 같이 거울을 구동부와 분리하여 형성함으로서 입사광의 광효율을 최대로 향상시킬 수 있으며, 화상의 화질을 종래에 비하여 현저하게 향상시킬 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 박막형 광로조절 장치를 상세히 설명한다.

[실시예 1]

도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 박막형 광로조절 장치의 평면도를 도시한 것이고, 도 7은 도 6에 도시한 장치의 사시도를 도시한 것이며, 도 8은 도 7에 도시한 장치를 B-B` 선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.

도 6, 내지 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 박막형 광로조절 장치는, 액티브매트릭스(100), 액티브매트릭스(100)의 상부에 형성된 액츄에이터(170) 및 거울(160)을 포함한다. 상기 액티브매트릭스(100)는, 드레인패드(105), 액티브매트릭스(100) 및 드레인패드(105)의 상부에 적층된 보호층(110) 그리고 보호층(110)의 상부에 적층된 식각방지층(115)을 포함한다.

도 8을 참조하면, 상기 액츄에이터(170), 식각방지층(115) 중 하부에 드레인패드(105)가 위치한 부분에 그 일측이 접촉되며 타측이 에어갭(118)을 개재하여 식각방지층(115)과 수평하게 적층된 멤브레인(120), 멤브레인(120)의 상부에 적층된 하부전극(125), 하부전극(125)의 상부에 적층된 변형층(130), 변형층(130)의 일측 상부에 적층된 상부전극(140), 변형층의 타측으로부터 변형층(130), 하부전극(125), 멤브레인(120), 식각방지층(115) 및 보호층(110)을 통하여 상기 드레인패드(105)까지 수직하게 형성된 비어홀(145), 그리고 비어홀(145) 내에 상기 하부전극(125)과 드레인패드(105)가 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 비어컨택(150)을 포함한다.

또한, 도 7을 참조하면 상기 멤브레인(120)은 지지부인 양측부로부터 수평하게 연장된 2개의 직사각형 형상의 암(arm)들의 사이에 중앙부인 사각 평판이 동일 평면상에서 상기 암들과 일체로 형성되어 있는 구조를 갖는다. 상기 멤브레인(120)의 중앙부인 사각 평판의 상부에는 거울(160)이 적층된다. 상기 거울(160)은 멤브레인(120)의 중앙부와 동일한 형상인 사각 평판의 형상을 갖는다.

이하 본 실시예에 따른 박막형 광로조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 9 내지 도 14b는 본 발명의 실시예 1에 따른 박막형 광로조절 장치의 제조 공정도를 도시한 것이다. 도 9 내지 도 14b에 있어서, 도 6 내지 도 8과 동일한 부재다르에 대해서는 동일한 참조번호를 사용한다.

도 9를 참조하면, M×N(M, N은 자연수)개의 MOS(Metal Oxide Semiconductor)트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되어 있고, MOS 트랜지스터의 드레인 영역으로부터 연장되는 드레인패드가 형성되어 있는 액티브매트릭스(100)의 상부에 보호층(110)을 적층한다. 보호층(110)은 인실리케이트유리(PSG)를 화학기상증착(CVD) 방법을 이용하여 약 0.1~1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 보호층(110)은 후속하는 공정 동안 MOS 트랜지스터가 내장된 액티브매트릭스(100)가 손상을 입는 것을 방지한다.

상기 보호층(110)의 상부에는 식각방지층(115)이 적층된다. 식각방지층(115)은 질화물을 저압 화학기상증착(CVD) 방법으로 증착하여 약 1000~2000Å 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 식각방지층(115)은 액티브매트릭스(100) 및 보호층(110)이 후속되는 식각 공정 동안 식각되는 것을 방지한다.

상기 식각방지층(115)의 상부에는 희생층(117)이 적층된다. 희생층(117)은 인실리케이트유리(PSG)를 대기압 화학기상증착(APCVD) 방법으로 증착하여 약 0.5~4.0㎛ 정도의 두께를 갖게 형성한다. 이 경우, 희생층(117)은 MOS 트랜지스터가 내장된 액티브매트릭스(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 상기 희생층(117)의 표면을 스핀 온 글래스(Spin On Glass ; SOG)를 사용하는 방법 또는 화학기계적연마(Chemical Mechanical Polishing ; CMP) 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 상기 희생층(117) 중 아래에 드레인패드(105)가 위치하는 부분을 식각하여 상기 식각방지층(117)의 일부를 노출시킴으로서 액츄에이터(170)의 지지부가 형성될 곳을 만든다.

도 10을 참조하면, 상기 노출된 식각방지층(115) 및 희생층(117)의 상부에 멤브레인(120)을 적층한다. 멤브레인(120)은 질화물(nitride)을 저압 화학기상증착(LPCVD) 방법으로 증착하여 약 0.1~1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다

이어서, 백금 또는 백금-탄탈륨 등의 금속으로 이루어진 신호전극인 하부전극(125)을 멤브레인(120)의 상부에 적층한다. 상기 하부전극(125)은 스퍼터링 방법을 이용하여 약 0.1~1.0㎛ 정도의 두께를 갖게 형성한다. 하부전극(125)에는 화상신호가 액티브매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터로부터 드레인패드(105)를 통하여 인가된다.

상기 하부전극(125)의 상부에는 변형층(130)이 적층된다. 변형층(130)은 PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질을 졸-겔(Sol-Gel)법, 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 약 0.1~1.0㎛, 바람직하게는 약 0.4㎛ 정도의 두께를 갖게 형성한다. 이어서, 급속열처리(RTA) 방법을 이용하여 상기 변형층(130)을 구성하는 압전물질을 상변이시킨다.

상부전극(140)은 상기 변형층(130)의 상부에 적층된다. 상부전극(140)은 알루미늄, 백금 또는 은 등을 스퍼터링 방법을 이용하여 약 0.1~1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 상부전극(140)은 공통전극으로서 바이어스 신호가 인가된다. 상기 하부전극(125)에 화상신호가 인가되고 상부전극(140)에 바이어스 신호가 인가되면, 상부전극(140)과 하부전극(125) 사이에 전위차에 따른 전기장이 발생한다. 이러한 전기장에 의하여 변형층(130)이 변형을 일으키게 된다.

도 11a 및 도 11b를 참조하면, 상기 상부전극(140)의 상부에 제1 포토레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅(spin coating) 방법으로 도포한 후, 상부전극(140)이 거울상의 'ㄷ'자의 형상을 갖도록 패터닝한다. 이어서, 상기 제1 포토레지스트를 제거한 후, 상기 패터닝된 상부전극(140) 및 변형층(130)의 상부에 제2 포토레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 후, 상기 변형층(130)이 상기 상부전극(140)보다 약간 넓은 거울상의 'ㄷ'자의 형상을 갖도록 패터닝한다. 계속하여, 상기 제2 포토레지스트를 제거한 후, 상기 상부전극(140), 변형층(130) 및 하부전극(125)의 상부에 제3 포토레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 후, 상기 하부전극(125)을 상기 변형층(130)보다 약간 넓은 면적의 거울상의 'ㄷ'자의 형상을 갖도록 패터닝한다.

도 12a 및 도 12b를 참조하면, 상기 변형층(130) 중 아래에 드레인패드(105)가 형성되어 있는 부분으로부터 변형층(130), 하부전극(125), 멤브레인(120), 식각방지층(115), 그리고 보호층(110)을 차례로 식각하여 비어홀(145)을 형성한 후, 비어홀(145)의 내부에 텅스텐(W), 백금, 알루미늄 또는 티타늄 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 드레인패드(105)와 하부전극(125)이 서로 연결되도록 비어컨택(150)을 형성한다. 비어컨택(150)은 상기 비어홀(145) 내에서 상기 하부전극(125)으로부터 드레인패드(105)의 상부까지 수직하게 형성된다. 따라서, 화상신호는 액티브매트릭스(100)에 내장된 MOS 트랜지스터로부터 드레인패드(105) 및 비어컨택(150)을 통하여 하부전극(125)에 인가된다. 이 후에, 상기 제3 포토레지스트를 제거한다.

도 13a 및 도 13b를 참조하면, 상기 패터닝된 하부전극(125) 및 비어홀(145)의 상부에 제4 포토레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 후, 멤브레인(120)의 지지부인 양측부는 아래에 드레인패드(105)가 위치한 부분 및 이와 인접한 부분으로부터 수평하게 연장되어 하부전극(125)보다 약간 넓은 직사각형의 형상을 가지며, 이와 일체로 형성된 멤브레인(120)의 중앙부는 사각평판의 형상을 갖도록 패터닝한다. 즉 도 13b에 도시한 바와 같이 멤브레인(120)은 양측부로부터 2개의 직사각형 형상의 암들이 형성되고, 이러한 암들 사이에 상기 암들보다 넓은 면적을 갖는 사각평판이 동일 평면상에서 상기 암들과 일체로 형성된 구조를 가진다. 이어서, 상기 제4 포토레지스트를 제거한다. 상기와 같이 멤브레인(120)이 패터닝된 결과 상기 희생층(117)의 일부가 노출된다.

도 14a 및 도 14b를 참조하면, 상기 노출된 희생층(117) 및 멤브레인(120)의 상부에 제5 포토레지스트(도시되지 않음)을 스핀코팅 방법으로 도포한 후, 상기 멤브레인(120)의 중앙부인 사각평판이 노출되도록 패터닝한다. 이어서, 상기 노출된 멤브레인(120)의 중앙부 상에 은, 백금 또는 알루미늄 등의 금속을 약 0.3~2.0㎛ 정도의 두께로 스퍼터링한 후, 이를 패터닝하여 상기 노출된 멤브레인(120)의 형상과 동일한 형상을 갖는 거울(160)을 형성한다.

종래에는 광을 반사하는 거울부와 소정의 각도로 변형을 일으키는 구동부가 일체로 형성되었다. 이 경우, 거울부의 면적보다 구동부의 면적이 더 넓은 까닭으로 입사되는 광에 비하여 반사되는 광이 적게되어 소자의 실제 면적에 비하여 광효율이 떨어지게 된다. 또한, 구동부 중 거울부와 인접하는 부분에서 입사되는 광이 반사됨으로 인하여 거울부에서 반사되는 광과 광산란을 일으켜 스크린에 투영되는 화상의 화질을 저하시키게 된다. 그러나, 본 발명에서는 구동부의 하부인 멤브레인(120)의 양측부는 지지부로부터 수평하게 연장된 직사각형의 암의 형상을 갖고, 중앙부는 이러한 암들 사이에 암들보다 넓은 면적을 갖는 사각 평판이 동일 평면 상에서 상기 암들과 일체로 형성된 구조를 갖는다. 거울(160)은 상기 멤브레인의 중앙부 상에 멤브레인의 중앙부와 동일한 형상으로 형성된다. 상기와 같이 거울(160)을 구동부와 분리하여 형성함으로써, 입사광의 광효율 및 화상의 화질을 종래에 비하여 현저하게 향상시킬 수 있다.

계속하여, 상기 제5 포토레지스트 및 상기 희생층(117)을 식각한 후, 세정(rinse) 및 건조(dry) 처리를 수행하여 M×N개의 TMA 소자를 완성한 후, 크롬(Cr), 니켈(Ni) 또는 금(Au) 등의 금속을 스퍼터링 방법 또는 증착(evaporation) 방법을 이용하여 액티브매트릭스(100)의 하단에 증착시켜 오믹컨택(도시되지 않음)을 형성한다. 그리고, 후속하는 공통전극인 상부전극(140)에 바이어스 신호를 인가하고 신호전극인 하부전극(125)에 화상신호를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package) 본딩(bonding)을 대비하여 액티브매트릭스(100)를 자른다. 이 경우, 후속되는 공정을 대비하여 액티브매트릭스(100)를 소정의 두께까지만 잘라낸다. 이어서, TMA 패널(panel)의 패드(pad)(도시되지 않음)과 TCP의 패드(도시되지 않음)를 연결하여 TMA 모듈(Module)의 제조를 완성한다.

상술한 본 방명의 실시예 1에 따른 박막형 광로조절 장치에 있어서, 상부전극(140)에는 TCP의 패드 및 TMA 패널의 패드를 통하여 바이어스 신호가 인가된다. 동시에 상기 TCP의 패드 및 TMA 패널의 패드를 통하여 전달된 화상신호는 상기 액티브매트릭스(100)에 내장된 MOS 트랜지스터와 드레인패드(105) 및 비어컨택(150)을 통하여 하부전극(125)에 인가된다. 따라서, 상부전극(140)과 하부전극(125) 사이에 전위차에 따른 전기장이 발생하며, 이러한 전기장에 의하여 상부전극(140)과 하부전극(125) 사이의 변형층(130)이 변형을 일으킨다.

변형층(130)은 상기 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하며, 변형층(130) 및 멤브레인(120)을 포함하는 액츄에이터(170)는 소정의 각도를 가지고 상방으로 휘어진다. 광원으로부터 입사되는 광을 반사하는 거울(160)은 상기 멤브레인(120)의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터(170)와 같은 각도로 휘어진다. 따라서, 거울(160)은 입사되는 광을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광은 슬릿을 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺게 된다.

[실시예 2]

도 15는 본 발명의 실시예 2에 따른 박막형 광로조절 장치의 평면도를 도시한 것이고, 도 16은 도 15에 도시한 장치의 사시도를 도시한 것이며, 도 17은 도 16에 도시한 장치를 C-C` 선으로 자른 단면도를 도시한 것이다. 도 15 내지 도 17에 있어서 도 6 내지 도 8과 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조번호를 사용한다.

도 15, 내지 도 16 및 도 17을 참조하면, 본 실시예에 따른 박막형 광로조절 장치는, 액티브매트릭스(100), 액티브매트릭스(100)의 상부에 형성된 액츄에이터(170) 그리고 거울(160)을 포함한다. 액티브매트릭스(100)는, 드레인패드(105), 액티브매트릭스(100) 및 드레인패드(105)의 상부에 적층된 보호층(110) 그리고 보호층(110)의 상부에 적층된 식각방지층(115)을 포함한다.

도 16 및 도 17을 참조하면, 상기 액츄에이터(170) 식각방지층(115) 중 아래에 드레인패드(105)가 형성된 부분에 그 일측이 접촉되며 타측이 에어갭(118)을 개재하여 식각방지층(115)과 대하여 수평하게 적층된 멤브레인(120), 멤브레인(120)의 양측부 상에 나란하게 형성된 2개의 하부전극들(125), 하부전극들(125)의 상부에 적층된 변형층들(130), 변형층들(130)의 상부에 적층된 2개의 상부전극들(140), 변형층(130)의 타측으로부터 변형층(130), 하부전극(125), 멤브레인(120), 식각방지층(115) 및 보호층(110)을 통하여 상기 드레인패드(105)까지 수직하게 형성된 2개의 비어홀들(145), 그리고 비어홀들(145) 내에 각기 하부전극들(125)과 드레인패드(105)가 서로 연결되도록 형성된 2개의 비어컨택들(150)을 포함한다.

또한, 도 16을 참조하면 상기 멤브레인(120)은 지지부인 양측부는 아래에 드래인패드(105)가 위치한 부분으로부터 수평하게 연장된 2개의 직사각형의 암들의 형상을 가지며, 중앙부는 상기 암들 사이에 사각형의 평판이 동일 평면상에서 상기 암들과 일체로 형성된 구조를 갖는다. 따라서, 상기 2개의 하부전극들(125)은 각기 상기 멤브레인(120)의 양측부인 2개의 암들의 상부에 적층되며, 2개의 변형층들(130)은 각기 하부전극들(125) 보다 약간 좁은 면적을 갖는 직사각형의 형상으로 상기 2개의 하부전극들(125)의 상부에 적층되며, 2개의 상부전극들(140)은 각기 변형층들(130) 보다 약간 좁은 면적을 갖는 직사각형의 형상으로 상기 2개의 변형층들(130)의 일측 상부에 적층되며, 상기 2개의 변형층들(130)의 타측에는 각기 비어홀들(145)과 비어컨택들(150)이 형성된다. 그리고, 상기 멤브레인(120)의 2개의 암들의 상부에 각각 거울지지부들(175)이 형성되며, 상기 멤브레인(120)의 중앙부 상에는 거울지지부들(175)과 일체로 거울(160)이 형성된다. 상기 거울(160)은 양측에 거울지지부들(175)이 돌출한 사각평판의 형상을 갖는다.

이하 본 실시예에 따른 박막형 광로조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다.

도 18내지 도 22b는 본 발명의 실시예 2에 따른 박막형 광로조절 장치의 제조 공정도를 도시한 것이다. 도 18 내지 도 22b에 있어서, 도 15 내지 도 17과 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조번호를 사용한다.

도 18를 참조하면, M ×N (M, N은 자연수)개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고, 상기 MOS 트랜지스터의 드레인 영역으로부터 연장되는 드레인패드(105)가 형성된 액티브매트릭스(100)의 상부에 보호층(110)을 적층한다. 보호층(110)은 인실리케이트유리(PSG)를 화학기상증착(CVD) 방법을 증착하여 약 0.1~1.0㎛ 정도의 두께를 갖게 형성한다. 보호층(110)은 후속하는 공정동안 MOS 트랜지스터가 내장된 액티브매트릭스(100)가 손상을 입는 것을 방지한다.

상기 보호층(110)의 상부에는 식각방지층(115)이 적층된다. 식각방지층(115)은 질화물을 저압 화학기상증착(LPCVD) 방법으로 증착하여 약 1000~2000Å 정도의 두께를 갖는다. 상기 식각방지층(115)은 광원으로부터 입사된 광에 의한 광전류를 차단하며 동시에 상기 액티브매트릭스(100) 및 보호층(110)이 후속하는 식각공정 동안 식각되는 것을 방지한다.

상기 식각방지층(115)의 상부에는 희생층(117)이 적층된다. 희생층(117)은 인실리케이트유리(PSG)를 대기압 화학기상증착(APCVD) 방법으로 0.5~4.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 적층한다. 이 경우, 희생층(117)은 상기 MOS 트랜지스터가 내장된 액티브매트릭스(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 상기 희생층(117)의 표면을 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법 또는 화학기계적연마(CMP) 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 상기 희생층(117) 중 아래에 드레인패드(105)가 위치하는 부분을 식각하여 상기 식각방지층(117)의 일부를 노출시킴으로써 액츄에이터(170)의 지지부가 형성될 곳을 만든다.

상기 노출된 식각방지층(115) 및 희생층(117)의 상부에 멤브레인(120)이 적층된다. 멤브레인(120)은 질화물을 저압 화학기상증착(LPCVD) 방법을 이용하여 약 0.1~1.0㎛ 정도의 두께를 갖게 형성한다. 이어서, 백금 또는 백금-탄탈륨 등의 금속으로 구성된 신호전극인 하부전극(125)을 상기 멤브레인(120)의 상부에 적층한다. 상기 하부전극(125)은 스퍼터링 방법을 이용하여 약 0.1~1.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 하부전극(125)에는 화상신호가 액티브매트릭스(100)에 내장된 MOS 트랜지스터 및 드레인패드(105)를 통하여 인가된다.

상기 하부전극(125)의 상부에는 변형층(130)이 적층된다. 변형층(130)은 PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질을 졸-겔(Sol-Gel)법, 스퍼터링 방법 또는 화학기상증착(CVD) 방법을 이용하여 약 0.1~1.0㎛, 바람직하게는 약 0.4㎛ 정도의 두께를 갖게 형성한다. 이어서, 급속열처리(RTA) 방법을 이용하여 상기 변형층(130)을 구성하는 압전물질을 상변이시킨다.

상부전극(140)은 변형층(130)의 상부에 적층된다. 상부전극(140)은 알루미늄, 백금 또는 은 등을 스퍼터링 방법을 이용하여 약 0.1~1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 상부전극(140)은 공통전극으로서 바이어스 신호가 인가된다. 따라서, 상기 하부전극(125)에 화상신호가 인가되고 상부전극(140)에 바이어스 신호가 인가되면, 상부전극(140)과 하부전극(125) 사이에 전위차에 따른 전기장이 발생한다. 이러한 전기장에 의하여 변형층(130)이 변형을 일으키게 된다.

도 19a 및 도 19b를 참조하면, 상기 상부전극(140)의 상부에 제6 포토레지스트(도시되지 않음)를 스핀코팅 방법으로 도포한 후, 이를 패터닝하여 2개의 나란한 직사각형의 상부전극들(140)을 형성한다. 이어서, 상기 제6 포토레지스트를 제거한 후, 상기 패터닝된 2개의 상부전극들(140) 및 변형층(130)의 상부에 제7 포토레지스트(도시되지 않음)를 스핀코팅 방법으로 도포하고, 패터닝하여 2개의 변형층들(130)이 각기 상기 2개의 상부전극들(140)보다 약간 넓은 면적의 나란한 직사각형의 형상을 갖도록 한다.

계속하여, 상기 제7 포토레지스트를 제거한 후, 상기 2개의 상부전극들(140), 2개의 변형층(130) 및 하부전극(125)의 상부에 제8 포토레지스트(도시되지 않음)를 스핀코팅 방법으로 도포한 후, 이를 패터닝하여 각기 상기 2개의 변형층들(130)보다 약간 넓으며 일측이 길게 연장된 직사각형의 형상을 갖는 2개의 하부전극들(125)을 형성한다. 상기 하부전극들(125) 일측의 연장된 부분 상에는 각기 거울지지부들(175)이 형성된다.

도 20a 및 도 20b를 참조하면, 상기 2개의 변형층들(130) 중 아래에 드레인패드(105)가 형성되어 있는 부분으로부터 변형층(130), 하부전극(125), 멤브레인(120), 식각방지층(115), 그리고 보호층(110)을 차례로 식각하여 2개의 비어홀들(145)을 형성한 후, 상기 2개의 비어홀들(145)의 내부에 텅스텐, 알루미늄, 백금 또는 티타늄 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 드레인패드(105)와 하부전극들(125)이 서로 전기적으로 연결되도록 2개의 비어컨택들(150)을 형성한다. 상기 2개의 비어컨택들(150)은 상기 비어홀들(145) 내에서 하부전극들(125)로부터 드레인패드(105)의 상부까지 수직하게 형성된다. 화상신호는 액티브매트릭스(100)에 내장된 MOS 트랜지스터로부터 드레인패드(105) 및 비어컨택들(150)을 통하여 하부전극들(125)에 인가된다. 이후에, 상기 제8 포토레지스트를 제거한다.

도 21a 및 도 21b를 참조하면, 상기 패터닝된 2개의 하부전극들(125) 및 비어홀들(145)의 상부에 제9 포토레지스트(도시되지 않음)를 스핀코팅 방법으로 도포한 후, 멤브레인(120)의 지지부인 양측부로부터 수평하게 연장된 부분은 하부전극들(125) 보다 약간 넓은 직사각형의 형상을 가지며, 이와 일체로 형성된 멤브레인(120)의 중앙부는 사각평판의 구조로 형성되도록 멤브레인(120)을 패터닝한다. 즉, 도 21b에 도시한 바와 같이 멤브레인(120)은 비어홀들(145)이 형성된 양측 지지부로부터 2개의 직사각형 형상의 암들이 형성되고, 이러한 암들 사이에 암들보다 넓은 면적을 갖는 사각평판이 동일 평면상에서 형성된 구조를 갖는다. 이어서, 상기 제9 포토레지스트를 제거한다. 상기와 같이 멤브레인(120)이 패터닝된 결과, 상기 희생층(117)의 일부가 노출된다.

도 22a 및 도 22b를 참조하면, 상기 노출된 희생층(117) 및 상기 멤브레인(120)의 상부에 제10 포토레지스트(도시되지 않음)을 스핀코팅 방법으로 도포한 후, 상기 멤브레인(120)의 중앙부 및 하부전극들(125)의 일측이 각기 노출되도록 제10 포토레지스트를 패터닝한다. 이어서, 상기 노출된 멤브레인(120)의 중앙부의 상부 및 하부전극들(125)의 일측 상부에 은, 백금 또는 알루미늄 등의 금속을 약 0.3~2.0㎛ 정도의 두께로 스퍼터링한 후, 이를 패터닝하여 상기 노출된 멤브레인(120)의 형상과 동일한 형상을 갖는 거울(160)과 하부전극들(125)의 일측 상부에 거울(160)과 일체로 사각형의 형상을 갖는 거울지지부들(175)을 동시에 형성한다. 따라서, 거울(160)은 양측에 거울지지부들(175)이 돌출된 평판의 형성을 갖게 된다. 하부전극(125) 및 거울(160)에 부착된 거울지지부들(175)은 거울(160)이 소정의 각도를 가지고 변형을 일으킬 때, 거울(160)을 지지하여 소정의 경사 각도를 유지하게 한다.

계속하여, 상기 제10 포토레지스트 및 상기 희생층(117)을 식각한 후, 세정 및 건조하여 M ×N개의 TMA 소자를 완성한 후, 크롬(Cr), 니켈(Ni) 또는 금(Au) 등의 금속을 스퍼터링 방법 또는 증착(evaporation) 방법을 이용하여 액티브매트릭스(100)의 하단에 증착시켜 오믹컨택(도시되지 않음)을 형성한다. 그리고, 후속하는 공통전극인 2개의 상부전극들(140)에 바이어스 신호를 인가하고 신호전극인 2개의 하부전극들(125)에 화상신호를 인가하기 위한 TCP 본딩을 대비하여 액티브매트릭스(100)를 자른다. 이 경우, 후속되는 공정을 대비하여 액티브매트릭스(100)를 소정의 두께까지만 잘라낸다. 이어서, TMA 패널의 패드(도시되지 않음)과 TCP의 패드(도시되지 않음)을 연결하여 TMA 모듈의 제조를 완성한다.

상술한 본 실시예에 따른 박막형 광로조절 장치에 있어서, 2개의 상부전극들(140)에는 TCP의 패드 및 TMA 패널의 패드를 통하여 바이어스 신호가 인가된다. 동시에 상기 TCP의 패드 및 TMA 패널의 패드를 통하여 전달된 화상신호는 상기 액티브매트릭스(100)에 내장된 MOS 트랜지스터와 드레인패드(105) 및 2개의 비어컨택들(150)을 통하여 2개의 하부전극들(125)에 인가된다.

따라서, 상기 2개의 상부전극(140)과 2개의 하부전극들(125) 사이에 각기 전기장이 발생하며, 이 전기장에 의하여 상부전극들(140)과 하부전극들(125) 사이의 2개의 변형층들(130)이 각기 변형을 일으킨다. 상기 변형층들(130)은 각기 상기 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하며, 변형층들(130) 및 멤브레인(120)을 포함하는 액츄에이터(170)는 소정의 각도를 가지고 상방으로 휘어진다. 광원으로부터 입사되는 광을 반사하는 거울(160)은 상기 멤브레인(120)의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터(170)와 같은 구동 각도로 경사지게 된다. 거울(160)은 입사되는 광을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광은 슬릿을 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺는다.

[실시예 3]

도 23은 본 발명의 실시예 3에 따른 박막형 광로조절 장치의 평면도를 도시한 것이고, 도 24는 도 23에 도시한 장치의 사시도를 도시한 것이며, 도 25는 도 24에 도시한 장치를 D-D` 선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.

도 23 내지 도 25에 있어서 도 6 내지 도 8과 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.

도 23, 도 24 및 도 25를 참조하면, 본 실시예에 따른 박막형 광로조절 장치는 액티브매트릭스(100), 액티브매트릭스(100)의 상부에 형성된 액츄에어터(170), 그리고 거울(160)을 포함한다. 액티브매트릭스(100)는, 드레인패드(105), 액티브매트릭스(100) 및 드레인패드(105)의 상부에 적층된 보호층(110) 그리고 보호층(110)의 상부에 적층된 식각방지층(115)을 포함한다.

도 23 및 도 24를 참조하면, 액츄에이터(170)는 상기 식각방지층(115) 중 아래에 드레인패드(105)가 위치한 부분에 그 일측이 접촉되며 타측이 에어갭(118)을 개재하여 식각방지층(115)에 대하여 수평하게 적층된 멤브레인(120), 멤브레인(120)의 양측부 상부에 나란하게 형성된 2개의 하부전극들(125), 하부전극들(125)의 상부에 적층된 2개의 변형층들(130), 변형층들(130)의 상부에 적층된 2개의 상부전극들(140), 변형층(130)의 타측으로부터 변형층(130), 하부전극(125), 멤브레인(120), 식각방지층(115) 및 보호층(110)을 통하여 상기 드레인패드(105)까지 수직하게 형성된 2개의 비어홀들(145), 그리고 비어홀들(145) 내에 하부전극들(125)과 드레인패드(105)가 전기적으로 연결되도록 수직하게 형성된 2개의 비어컨택들(150)을 포함한다.

또한, 도 24를 참조하면 상기 멤브레인(120)은 지지부인 양측부는 상기 식각방지층(115) 중 아래에 드래인패드(105)가 위치한 부분으로부터 수평하게 형성된 2개의 직사각형의 암의 형상을 가지며, 멤브레인(120)의 중앙부는 상기 암들 사이에 소정의 간격을 개재하여 2개의 사각 평판이 동일 평면상에서 각기 상기 암들과 일체로 형성되어 있는 형상을 갖는다. 상기 멤브레인(120)의 중앙부인 2개의 사각평판은 각기 거울(160)을 지지한다. 상기 2개의 하부전극들(125)은 각기 상기 멤브레인(120)의 양측부 상에 적층되며, 2개의 변형층들(130)은 각기 하부전극들(125) 보다 약간 좁은 면적을 갖는 직사각형의 형상으로 하부전극들(125)의 상부에 적층되며, 2개의 상부전극(140)은 각기 변형층들(130) 보다 약간 좁은 면적을 갖는 직사각형의 형상으로 변형층들(130)의 일측 상부에 적층되며, 상기 2개의 변형층들(130)의 타측에는 각기 비어홀들(145) 및 비어컨택들(150)이 형성된다. 상기 멤브레인(120)의 중앙부인 사각평판들의 상부에는 거울(160)이 형성된다. 거울(160)은 상기 하부전극들(125) 사이에 형성된 사각평판의 구조를 갖는다.

본 실시예에 있어서, 멤브레인(120)을 패터닝하는 공정과 거울(160)을 형성하는 공정을 제외하면 상술한 본 발명의 실시예 2와 그 제조방법이 동일하다. 본 실시예에 따른 멤브레인(120)은 양측부가 지지부로부터 수평하게 연장되는 2개의 직사각형의 암들의 구조를 갖고, 상기 암들 사이에 중앙부가 소정의 간격을 두고 2개의 사각평판이 동일 평면상에서 각각 상기 암들과 일체로 형성된 구조를 갖도록 패터닝되며, 이러한 패터닝 공정은 멤브레인(120)의 형상을 제외하면 실시예 2의 멤브레인의 패터닝 공정과 동일하다. 또한, 거울(160)을 형성하는 공정도 양측의 거울지지부를 제외하면 실시예 2의 경우와 동일하다. 즉, 본 실시예에 있어서는 실시예 2에 비하여 멤브레인(120)이 다른 형상을 가지며, 거울(160)도 거울지지부가 없는 사각형 평판의 구조를 갖는다.

그리고, 이후의 TMA 모듈을 제조하는 공정 및 본 실시예에 따른 박막형 광로조절 장치의 동작은 상술한 본 발명의 실시예 2의 경우와 동일하다.

종래의 박막형 광로조절 장치에 있어서는 거울부와 구동부가 일체로 형성됨으로서 거울부의 면적보다 구동부의 면적이 더 넓게 되어 입사되는 광에 비하여 반사되는 광이 적게되어 실제 소자의 면적에 비하여 광효율이 떨어졌었다. 또한, 구동부의 일부에서 입사되는 광이 반사됨으로 인하여 거울부에서 반사되는 광과 광산란을 일으켜 스크린에 투영되는 화상의 화질을 저하시키게 된다.

그러나, 본 발명에 따르면, 구동부의 하부인 멤브레인의 양측부는 양측 지지부로부터 연장된 직사각형의 형상을 갖고, 중앙부는 양측부들보다 넓은 면적을 갖는 사각평판의 구조를 가지거나, 2개의 소정의 간격으로 분리된 사각평판의 구조를 갖는다. 거울은 상기 멤브레인의 중앙부 상에 이와 동일한 형상 또는 보다 넓은 면적을 갖는 사각평판의 구조를 갖는다. 따라서, 거울을 구동부와 분리하여 형성하기 때문에, 입사광의 광효율을 최대로 향상시킬 수 있으며 화상의 화질을 종래에 비하여 현저하게 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들에 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

M ×N(M, N은 자연수) 개의 MOS 트랜지스터가 내장되고, 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인패드(105)가 형성된 액티브매트릭스(100) ; 상기 액티브매트릭스(100)의 상부에 형성되며, ⅰ) 양측부가 상기 드레인패드(105)가 위치한 부분 및 이와 인접한 부분으로부터 수평하게 연장된 2개의 직사각형의 형상을 가지며, 중앙부가 사각평판의 형상을 갖는 멤브레인(120), ⅱ) 상기 멤브레인(120)의 상부에 형성된 하부전극(125), ⅲ) 상기 하부전극(125)의 상부에 형성된 변형층(130), 그리고 ⅳ) 상기 변형층(130)의 상부에 형성된 상부전극(140)을 포함하는 액츄에이터(170) ; 그리고 상기 멤브레인(130)의 중앙부 상에 형성된 거울(160)을 포함하는 박막형 광로조절 장치.
제1항에 있어서, 상기 액티브매트릭스(100)는, 상기 액티브매트릭스(100) 및 상기 드레인패드(105)의 상부에 형성되어 상기 액티브매트릭스(100)를 보호하는 보호층(110) 그리고 상기 보호층(110)의 상부에 형성되어 상기 보호층(110) 및 상기 액티브매트릭스(100)의 식각을 방지하는 식각방지층(115)을 더 포함하며, 상기 액츄에이터(170)는, 상기 변형층(130)으로부터 상기 하부전극(125), 상기 멤브레인(120), 상기 식각방지층(115) 및 상기 보호층(110)을 통하여 상기 드레인패드(105)까지 형성된 비어홀(145) 그리고 상기 비어홀(145) 내에 형성되어 상기 하부전극(125)과 상기 드레인패드(105)를 서로 연결하는 비어컨택(150)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절 장치.
제2항에 있어서, 상기 보호층(110)은 인실리케이트유리(PSG)로 구성되어 약 0.1~1.0㎛의 두께를 가지고, 상기 식각방지층(115)은 질화물로 구성되어 약 100~2000Å의 두께를 가지며, 상기 멤브레인(120)은 질화물로 구성되어 약 0.1~1.0㎛의 두께를 가지고, 상기 하부전극(125)은 백금 또는 백금-탄탈륨으로 구성되어 약 0.1~1.0㎛의 두께를 가지며, 상기 변형층(130)은 압전물질로 구성되어 약 0.1~1.0㎛의 두께를 가지고, 상기 상부전극(140)은 알루미늄, 백금 또는 은으로 구성되어 약 0.1~1.0㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절 장치.
제1항에 있어서, 상기 하부전극(125), 상기 변형층(130) 및 상기 상부전극(140)은 각기 거울상의 'ㄷ'자의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절 장치.
제4항에 있어서, 상기 변형층(130)은 상기 하부전극(125) 보다 작은 면적을 가지며, 상기 상부전극(140)은 상기 변형층(130) 보다 작은 면적을 가지고, 상기 하부전극(125), 상기 변형층(130) 및 상기 상부전극(140)이 함께 피라미드의 형태로 적층되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절 장치.
제1항에 있어서, 상기 거울(160)은 사각평판의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절 장치.
제1항에 있어서, 상기 거울(160)은 은(Ag), 알루미늄(Al) 또는 백금(Pt)으로 구성되어 약 0.3~2.0㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절 장치.
M ×N(M, N은 자연수)개의 MOS트랜지스터가 내장되고, 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인패드(105)가 형성된 액티브매트릭스(100) ; 상기 액티브매트릭스(100)의 상부에 형성되며, ⅰ) 양측부가 상기 드레인패드(105)가 위치한 부분으로부터 수평하게 연장된 2개의 직사각형의 형상을 가지며, 중앙부가 사각평판의 형상을 갖는 멤브레인(120), ⅱ) 상기 멤브레인(120)의 양측부 상에 각기 형성된 2개의 하부전극들(125), ⅲ) 상기 하부전극들(125) 상부에 각기 형성된 2개의 변형층들(130), 그리고 ⅳ) 상기 변형층들(130)의 상부에 각기 형성된 2개의 상부전극들(140)을 포함하는 액츄에이터(170) ; 그리고 상기 멤브레인(120)의 중앙부 상에 형성되어 사각평판의 형상을 갖는 거울(160)을 포함하는 박막형 광로조절 장치.
제8항에 있어서, 상기 액티브매트릭스(100)는, 상기 액티브매트릭스(100) 및 상기 드레인패드(105)의 상부에 형성되어 상기 액티브매트릭스(100)를 보호하는 보호층(110) 그리고 상기 보호층(110)의 상부에 형성되어 상기 보호층(110) 및 상기 액티브매트릭스(100)의 식각을 방지하는 식각방지층(115)을 더 포함하며, 상기 액츄에이터(170)는, 상기 변형층들(130)로부터 상기 하부전극들(125), 상기 멤브레인(120), 상기 식각방지층(115) 및 상기 보호층(110)을 통하여 상기 드레인패드(105)까지 형성된 2개의 비어홀들(145) 그리고 상기 비어홀들(145) 내에 상기 하부전극들(125)과 상기 드레인패드(105)를 서로 연결하는 2개의 비어컨택들(150)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절 장치.
제8항에 있어서, 상기 변형층들(130)은 각기 상기 상부전극들(140)보다 넓은 면적의 직사각형의 형상을 가지며, 상기 하부전극들(125)은 각기 일측이 상기 변형층(130)들 보다 길게 연장되어 상기 변형층들(130) 보다 넓은 면적의 직사각형의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절 장치.
제10항에 있어서, 상기 하부전극들(125)의 연장된 부분 상에 상기 거울(160)과 일체로 형성된 거울지지들(175)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절 장치.
제8항에 있어서, 상기 변형층들(130)은 상기 하부전극들(125) 보다 작은 면적을 가지며, 상기 상부전극들(140)은 상기 변형층들(130) 보다 작은 면적을 가지고, 상기 하부전극들(125), 상기 변형층들(130) 및 상기 상부전극들(140)이 함께 피라미드의 형태로 적층된 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절 장치.
제8항에 있어서, 상기 거울(160)은 은(Ag), 알루미늄(Al) 또는 백금(Pt)으로 구성되어 약 0.3~2.0㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절 장치.
M ×N(M, N은 자연수)개의 MOS트랜지스터가 내장되고, 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인패드(105)가 형성된 액티브매트릭스(100) ; 상기 액티브매트릭스(100)의 상부에 형성되며, ⅰ) 양측부가 상기 드레인패드(105)가 위치한 부분으로부터 수평하게 연장된 2개의 직사각형의 형상을 가지며, 중앙부가 서로 분리된 사각 평판의 형상을 갖는 멤브레인(120), ⅱ) 상기 멤브레인(120)의 양측부 상에 각기 형성된 2개의 하부전극들(125), ⅲ) 상기 하부전극들(125)의 상부에 각기 형성된 2개의 변형층들(130), 그리고 ⅳ) 상기 변형층들(130)의 상부에 각기 형성된 2개의 상부전극들(140)을 포함하는 액츄에이터(170) ; 그리고 상기 멤브레인(120)의 중앙부 상에 형성되어 사각평판의 형상을 갖는 거울(160)을 포함하는 박막형 광로조절 장치.
제14항에 있어서, 상기 액티브매트릭스(100)는, 상기 액티브매트릭스(100) 및 상기 드레인패드(105)의 상부에 형성되어 상기 액티브매트릭스(100)를 보호하는 보호층(110) 그리고 상기 보호층(110)의 상부에 형성되어 상기 보호층(110) 및 상기 액티브매트릭스(100)의 삭각을 방지하는 식각방지층(115)을 더 포함하며, 상기 액츄에이터(170)는, 각기 상기 변형층들(130)로부터 상기 하부전극들(125), 상기 멤브레인(120), 상기 식각방지층(115) 및 상기 보호층(110)을 통하여 상기 드레인패드(105)까지 형성된 2개의 비어홀들(145), 그리고 상기 비어홀들(145) 내에서 상기 하부전극들(125)과 상기 드레인패드(105)를 각기 연결하는 2개의 비어컨택들(150)을 더 포함하며, 상기 변형층들(130)은 각기 상기 상부전극들(140) 보다 넓은 면적의 직사각형의 형상을 가지며, 상기 하부전극들(125)은 각기 일측이 상기 변형층들(130) 보다 길게 연장되어 상기 변형층들(130) 보다 넓은 면적의 직사각형의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절 장치.
제14항에 있어서, 상기 변형층들(130)은 상기 상부전극들(125)보다 작은 면적을 가지며, 상기 상부전극들(140)은 상기 변형층들(130) 보다 작은 면적을 가지고, 상기 하부전극들(125), 상기 변형층들(130) 및 상기 상부전극들(140)이 함께 피라미드의 형태로 적층되며, 상기 거울(160)은 은(Ag), 알루미늄(Al) 또는 백금(Pt)으로 구성되어 약 0.3~2.0㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절 장치.