KR100248492B1 - 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

화상의 화질을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 장치는, ⅰ) M×N개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스, ⅱ) 액티브 매트릭스의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 형성된 지지층, ⅱ) 지지층의 상부에 형성된 하부 전극, 하부 전극의 상부에 형성된 변형층, 변형층의 상부에 형성된 상부 전극 및 변형층의 일측 상부로부터 상기 드레인 패드까지 수직하게 형성된 비어 컨택을 포함하는 액츄에이터, 그리고 ⅲ) 상부 전극의 일측 상부에 접촉되며 중앙부에 홀이 형성되어 있는 거울을 포함한다. 상기 장치에 따르면, 거울의 중앙부에 소정 형상의 홀이 형성되어 있으므로, 공기의 댐핑으로 인한 거울의 진동을 방지할 수 있어서 광원으로부터 입사되는 광을 반사하는 거울의 반사각을 일정하게 유지하여 스크린에 투영되는 화상의 화질을 향상시킬 수 있다.

Description

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 공기의 댐핑(damping)으로 인하여 액츄에이터의 상부에 형성되어 광원으로부터 입사되는 광을 반사하는 거울이 진동하는 것을 방지함으로써, 거울의 반사각을 일정하게 유지하여 스크린에 투영되는 화상의 화질을 향상시키고 소자의 수명을 연장시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
광속을 조정할 수 있는 광로 조절 장치 또는 광 변조기는 광통신, 지지층 처리, 그리고 정보 디스플레이 장치 등에 다양하게 응용될 수 있다. 일반적으로 그러한 장치는 광학적 특성에 따라 크게 두 종류로 분류된다.
그 한 종류는 직시형 화상 표시 장치로서 CRT(Cathode Ray Tube) 등이 이에 해당하며, 다른 한 종류는 투사형 화상 표시 장치로서 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : LCD), AMA, 또는 DMD(Deformable Mirror Device) 등이 이에 해당한다. 상기 CRT 장치는 화질은 우수하나 화면의 대형화에 따라 장치의 중량과 용적이 증가하고 제조 비용이 상승하게 되는 문제점이 있다. 이에 비하여, 액정 표시 장치(LCD)는 광학적 구조가 간단하여 얇게 형성함으로서 장치의 중량을 가볍게 할 수 있으며 용적을 줄일 수 있는 이점이 있다. 그러나 액정 표시 장치는 광의 편광으로 인하여 1∼2％의 광효율을 가질 정도로 효율이 떨어지고 액정 물질의 응답 속도가 느리며, 그 내부가 과열되기 쉬운 단점이 있다. 따라서, 상기의 문제점을 해결하기 위하여 AMA 또는 DMD 등의 화상 표시 장치가 개발되었다. 현재, DMD 장치가 5％ 정도의 광효율을 가지는 것에 비하여 AMA는 10％ 이상의 광효율을 가진다.
상기 AMA는 그 내부에 설치된 각각의 거울들이 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하며, 상기 반사된 빛은 슬릿(slit)을 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺도록 광속을 조절할 수 있는 장치이다. 따라서 그 구조와 동작 원리가 간단하며, 액정 표시 장치나 DMD 등에 비해 높은 광효율을 얻을 수 있다. 또한 콘트라스트(contrast)가 향상되어 밝고 선명한 화상을 얻을 수 있다. AMA에 내장된 거울들은 각기 슬릿에 대응하여 배열되어 발생하는 전기장에 의하여 경사지게 된다. 따라서 광원으로부터 입사되는 광속을 소정의 각도로 조절하여, 스크린에 화상을 맺을 수 있도록 한다. 일반적으로 각각의 액츄에이터는 인가되는 전기적인 화상 신호 전류 및 바이어스 전류에 의하여 발생되는 전기장에 따라 변형을 일으킨다.
상기 액츄에이터가 변형을 일으킬 때, 상기 액츄에이터의 상부에 장착된 각각의 거울들이 경사지게 된다. 따라서 상기 경사진 거울들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시킬 수 있게 된다. 상기 각각의 거울들을 구동하는 액츄에이터로서 PZT(Pb(Zr, Ti)O3), 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3) 등의 압전 물질이 이용된다. 또한 PMN(Pb(Mg, Nb)O3) 등의 전왜 물질로서 상기 액츄에이터를 구성할 수 있다.
이러한 박막형 광로 조절 장치는 본 출원인이 1996년 12월 11일 대한민국 특허청에 특허 출원한 특허출원 제96-64440호(발명의 명칭 : 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법)에 개시되어 있다.
도 1은 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 단면도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 상기 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(1) 및 액츄에이터(60)를 포함한다. 내부에 M×N(M, N은 정수)개의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 그 일측 표면에 드레인 패드(5)가 형성된 상기 액티브 매트릭스(1)는, 상기 액티브 매트릭스(1) 및 드레인 패드(5)의 상부에 적층된 보호층(10)과 보호층(10)의 상부에 적층된 식각 방지층(15)을 포함한다.
상기 액츄에이터(60)는 상기 식각 방지층(15) 중 아래에 드레인 패드(5)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 제1 에어 갭(25)을 개재하여 상기 식각 방지층(15)과 평행하게 형성된 단면을 갖는 지지층(30), 지지층(30)의 상부에 적층된 하부 전극(35), 하부 전극(35)의 상부에 적층된 변형층(40), 변형층(40)의 상부에 적층된 상부 전극(45), 변형층(40)의 일측으로부터 하부 전극(35), 지지층(30), 식각 방지층(15) 및 보호층(10)을 통하여 상기 드레인 패드(5)의 상부까지 수직하게 형성된 비어 홀(50)의 내에 상기 하부 전극(35)과 드레인 패드(5)가 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 비어 컨택(55)을 포함한다.
그리고, 상기 액츄에이터(60)의 상부에는, 일측이 직각으로 구부러져 상기 상부 전극(45)의 일측 상단에 접촉되며 타측이 제2 에어 갭(70)을 개재하여 상부 전극(45)과 수평하게‘ㄱ’자 형상을 갖는 거울(75)이 형성된다.
이하, 상기 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 2a 내지 도 2f는 도 1에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도 2a를 참조하면, M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드(5)가 형성된 액티브 매트릭스(1)의 상부에 인 실리케이트 유리(Phosphor-Silicate Glass : PSG)로 구성된 보호층(10)을 적층한다. 보호층(10)은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 방법을 이용하여 1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 보호층(10)은 후속하는 공정으로부터 트랜지스터가 내장된 상기 액티브 매트릭스(1)를 보호한다.
상기 보호층(10)의 상부에는 질화물로 구성된 식각 방지층(15)이 적층된다. 식각 방지층(15)은 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD：LPCVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(15)은 후속하는 식각 공정 동안 보호층(10) 및 액티브 매트릭스(1) 등이 식각되는 것을 방지한다. 식각 방지층(15)의 상부에는 제1 희생층(20)이 적층된다. 제1 희생층(20)은 인(P)의 농도가 높은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD：APCVD) 방법을 이용하여 1．0∼4．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 제1 희생층(20)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(1)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 제1 희생층(20)의 표면을 스핀 온 글래스(Spin On Glass : SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 제1 희생층(20) 중 아래에 드레인 패드(5)가 형성되어 있는 부분을 식각하여 상기 식각 방지층(15)의 일부를 노출시킴으로서 액츄에이터(60)의 지지부가 형성될 위치를 만든다.
도 2b를 참조하면, 지지층(30)은 상기 노출된 식각 방지층(15)의 상부 및 제1 희생층(20)의 상부에 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께로 적층된다. 상기 지지층(30)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 형성한다. 이 때, 저압의 반응 용기 내에서 반응 가스의 비(ratio)를 변화시키면서 상기 지지층(30)을 형성하여 지지층(30) 내의 응력(stress)을 조절한다. 상기 지지층(30)의 상부에는 백금 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 금속으로 구성된 하부 전극(35)이 적층된다. 하부 전극(35)은 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 외부로부터 인가된 화상 신호 전류는 액티브 매트릭스(1)에 내장된 트랜지스터, 상기 드레인 패드(5) 및 비어 컨택(55)을 통하여 하부 전극(35)에 인가된다.
상기 하부 전극(35)의 상부에는 PZT 또는 PLZT로 구성된 변형층(40)이 적층된다. 변형층(40)은 졸-겔법을 이용하여 0．1∼ 1．0㎛, 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한 후, 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing : RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨다. 변형층(40)은 공통 전극인 상부 전극(45)과 신호 전극인 하부 전극(35) 사이에 발생하는 전기장에 의하여 변형을 일으킨다. 상부 전극(45)은 변형층(40)의 상부에 적층된다. 상부 전극(45)은 알루미늄 또는 백금 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상부 전극(45)에는 외부로부터 공통 전극선(도시되지 않음) 을 통하여 바이어스 전류가 인가되어 하부 전극(35)과 상부 전극(45) 사이에 전기장이 발생하게 된다.
도 2c를 참조하면, 상기 상부 전극(45), 변형층(40) 및 하부 전극(35)을 소정의 형상으로 패터닝한 후, 변형층(40)의 일측 상부로부터 드레인 패드(5)의 상부까지 변형층(40), 하부 전극(35), 지지층(30), 식각 방지층(15) 및 보호층(10)을 순차적으로 식각하여 상기 변형층(40)으로부터 드레인 패드(5)까지 수직하게 비어 홀(50)을 형성한다. 이어서, 텅스텐, 백금, 또는 티타늄 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 드레인 패드(5)와 하부 전극(35)이 전기적으로 연결되도록 비어 컨택(55)을 형성한다. 따라서, 비어 컨택(55)은 상기 비어 홀(50) 내에서 상기 하부 전극(35)으로부터 드레인 패드(5)의 상부까지 수직하게 형성된다. 그러므로, 외부로부터 인가된 화상 신호 전류는 액티브 매트릭스(1)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(5) 및 비어 컨택(55)을 통하여 하부 전극(10)에 인가된다. 이어서, 백금-탄탈륨(Pt-Ta)을 스퍼터링 방법을 이용하여 액티브 매트릭스(1)의 하단에 증착시켜 저항 컨택(도시하지 않음)을 형성한다. 계속하여, 액티브 매트릭스(1) 상부에 포토 레지스트(도시되지 않음)를 코팅한 후, 후속하는 공통 전극인 상부 전극(45)에 바이어스 전류를 인가하는 동시에 신호 전극인 하부 전극(35)에 화상 신호 전류를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package) 본딩을 대비하여 액티브 매트릭스(1)를 자른다. 이 때, 후속되는 공정을 위하여 액티브 매트릭스(1)를 소정의 정도의 두께까지만 잘라 낸다. 계속하여, TCP 본딩에 요구되는 AMA 패널(panel)의 패드(도시하지 않음)를 노출시키기 위해 AMA 패널의 패드 부위를 건식 식각 방법을 이용하여 식각한다. 그리고, 상기 지지층(30)을 소정의 화소 형상으로 패터닝한 후, 제1 희생층(20)을 플루오르화 수소(HF) 증기로 식각하여 제1 에어 갭(25)을 형성함으로서 액츄에이터(60)를 완성한다.
도 2d를 참조하면, 전술한 바와 같이 제1 에어 갭(25)을 형성한 후, 상기 결과물 전면에 제2 희생층(65)을 형성한다. 제2 희생층(65)은 거울(75)의 장착을 용이하게 하고 거울(75)의 수평도를 향상시키는 기능을 수행하며, 거울(75)이 장착된 후에 제거된다. 상기 제2 희생층(65)은 유동성이 좋은 폴리머 등으로 구성된 포토 레지스트를 스핀 코팅 방법을 이용하여 형성하며, 상기 제1 에어 갭(25)을 완전히 채우면서 상부 전극(45)을 덮을 수 있도록 일정한 두께로 도포한다. 이와 같이 액츄에이터(60)가 형성된 결과물 전면에 제2 희생층(65)을 도포하게 되면, 제1 에어 갭(25)에 상기 제2 희생층(65)이 채워지면서 평평한 표면을 형성하게 된다.
도 2e를 참조하면, 상기 제2 희생층(65)을 패터닝하여 상기 상부 전극(45)의 일측 상부에 거울(75)의 지지부가 형성될 위치를 만든다. 따라서, 상부 전극(45)의 일측 상부가 노출된다. 계속하여, 제2 희생층(65) 및 노출된 상부 전극(45)의 상부에 스퍼터링 공정을 이용하여 반사도가 좋은 알루미늄(Al)이나 은(Ag)을 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께로 증착시킨 후, 증착된 알루미늄 또는 은을 패터닝하여 거울(75)을 형성한다. 바람직하게는, 상기 거울(75)은‘ㄱ’자 형상을 가지며, 일측의 지지부가 상기 상부 전극(45)에 접촉되며 타측이 상부 전극(45)에 평행하게 장착된다.
도 2f를 참조하면, 상기와 같이 거울(75)을 형성한 후, 상기 제2 희생층(65)을 산소 플라즈마(O2plasma)를 사용하여 제거하고, 헹굼 및 건조 처리를 수행한다. 그 결과, 거울(75)과 상부 전극(45) 사이에 제2 에어 갭(70)이 형성됨으로써, 상부에 거울(75)이 장착된 완전한 액츄에이터(60)가 완성된다.
상기와 같이 박막형 AMA 소자가 형성된 액티브 매트릭스(1)를 소정의 형상으로 완전히 잘라 낸 후, AMA 패널의 패드와 TCP를 연결하여 박막형 AMA 모듈의 제조를 완성한다.
상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 하부 전극(35)에는 화상 신호 전류가 인가되며, 상부 전극(45)에는 바이어스 전류가 인가되어, 상부 전극(45)과 하부 전극(35) 사이에 전기장이 발생하게 된다. 이 전기장에 의하여 상부 전극(45)과 하부 전극(35) 사이의 변형층(40)이 변형을 일으킨다. 변형층(40)은 발생한 전기장에 대하여 수직한 방향으로 수축하게 된다. 이에 따라, 변형층(40)을 포함하는 액츄에이터(60)가 소정의 각도로 휘어지고, 액츄에이터(60)의 상부 전극(45)의 상부에 장착된 거울(75)은 휘어진 상부 전극(45)에 의해 그 축이 움직여서 경사지게 되어 광원으로부터 입사되는 광속을 반사한다. 상기 거울(75)에 의하여 반사된 광속은 슬릿을 통하여 스크린에 투영되어 화상을 맺게 한다.
그러나, 상기 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 거울이 액츄에이터의 일측 상부에 형성된 하나의 지지부에 의해 'ㄱ' 자 형상으로 지지됨으로 인하여 박막형 광로 조절 장치 모듈의 내외에 존재하는 미소량의 공기에 의해서도 액츄에이터 상부에 형성된 거울이 쉽게 댐핑(damping)을 일으키게 되어 광원으로부터 입사되는 광을 반사하는 거울이 상부 전극 및 하부 전극 사이에 발생되는 전기장의 크기에 비례하는 정확한 각도로 틸팅되지 못한다. 그 결과, 박막형 광로 조절 장치에 의하여 스크린에 투영되는 화상의 화질이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 액츄에이터 상부에 형성된 거울이 댐핑을 일으킴에 따라 피로 문제 등이 발생하여 열화가 촉진되어 결국 소자의 수명이 단축되는 문제가 있었다. 이러한 댐핑 현상은 액츄에이터와 액츄에이터의 상부에 거울을 가지는 2층 구조의 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 최상부에 형성된 거울과 상부 전극 사이의 간격이 좁고, 거울과 이웃하는 거울 사이의 간격이 좁아서 박막형 광로 조절 장치의 모듈 내외에 존재하는 공기가 쉽게 유통되지 못하기 때문에 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 거울의 중앙부에 홀(hole)을 형성하여 에어 댐핑의 정도를 감소시킴으로써, 거울의 반사각을 인가 신호에만 의존하도록 하여 화상의 화질을 향상시키고 소자의 수명을 연장시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 출원인의 선행 출원에 기재된 광로 조절 장치의 단면도이다.
도 2a 내지 2f는 도 1에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 장치의 단면도이다.
도 5a 내지 도 5f는 도 4에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
100 : 액티브 매트릭스 105 : 드레인 패드
110 : 보호층 115 : 식각 방지층
120 : 제1 희생층 125 : 지지층
130 : 하부 전극 135 : 변형층
140 : 상부 전극 145 : 비어 홀
150 : 비어 컨택 155 : 제2 희생층
160 : 에어 갭 165 : 거울
170 : 홀(hole) 200 : 액츄에이터
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 액츄에이터 및 상기 액츄에이터의 상부에 형성되며 중앙부에 홀(hole)을 갖는 거울을 포함하는 박막형 광로 조절 장치를 제공한다. 상기 액츄에이터는 상기 액티브 매트릭스의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하게 형성된 지지층, 상기 지지층의 상부에 형성된 하부 전극, 상기 하부 전극의 상부에 형성된 변형층, 상기 변형층의 상부에 형성된 상부 전극, 그리고 상기 변형층의 일측 상부로부터 상기 드레인 패드의 상부까지 형성된 비어 컨택을 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 액츄에이터를 형성하는 단계 및 상기 액츄에이터의 상부에 중앙부에 홀(hole)이 형성된 거울을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공한다. 상기 액츄에이터를 형성하는 단계는 상기 액티브 매트릭스의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하게 지지층을 형성하는 단계, 상기 지지층의 상부에 하부 전극을 형성하는 단계, 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계, 상기 변형층의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계, 그리고 상기 변형층의 일측 상부로부터 상기 드레인 패드까지 수직하게 비어 컨택을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 하부 전극에는 외부로부터 화상 신호 전류가 인가되며, 상부 전극에는 외부로부터 바이어스 전류가 인가되어 상부 전극과 하부 전극 사이에 전기장이 발생하게 된다. 이 전기장에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 형성된 변형층이 변형을 일으키며, 변형층은 상기 전기장에 대하여 수직한 방향으로 수축한다. 이에 따라서, 액츄에이터가 소정의 각도로 경사지게 되며, 액츄에이터의 상부 전극의 상부에 장착된 거울은 소정의 각도로 경사진 상부 전극에 의해 그 축이 움직여서 경사지게 되어 광원으로부터 입사되는 광을 반사한다. 상기 거울에 의하여 반사된 광은 슬릿을 통하여 스크린에 투영되어 화상을 맺게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는, 거울의 중앙부에 소정의 크기와 형상을 갖는 홀(hole)이 형성되어 있으므로 에어 댐핑의 정도를 감소시킬 수 있다. 이에 의하여, 거울의 진동을 방지할 수 있으며 거울의 지지부에서의 피로를 최소화하여 소자의 수명을 연장시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 4는 도 3에 도시한 장치의 단면도를 도시한 것이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(100) 및 액츄에이터(200)를 포함한다. 내부에 M×N(M, N은 정수)개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 일측 표면에 드레인 패드(105)가 형성된 상기 액티브 매트릭스(100)는, 액티브 매트릭스(100) 및 드레인 패드(105)의 상부에 적층된 보호층(110)과 보호층(110)의 상부에 적층된 식각 방지층(115)을 포함한다.
상기 액츄에이터(200)는 상기 식각 방지층(115) 중 아래에 드레인 패드(105)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(air gap)(160)을 개재하여 상기 식각 방지층(115)과 평행하게 형성된 단면을 갖는 지지층(supporting layer)(125), 지지층(125)의 상부에 적층된 하부 전극(130), 하부 전극(130)의 상부에 적층된 변형층(135), 변형층(135)의 상부에 적층된 상부 전극(140), 변형층(135)의 일측으로부터 하부 전극(130), 지지층(125), 식각 방지층(115) 및 보호층(110)을 통하여 상기 드레인 패드(105)까지 수직하게 형성된 비어 홀(145)의 내부에 상기 하부 전극(130)과 드레인 패드(105)가 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 비어 컨택(150)을 포함한다.
그리고, 상기 액츄에이터(200)의 상부에는 중앙부에 홀(hole)(170)이 형성되어 있고, 일측이 에어 갭(160)을 개재하여 상기 상부 전극(140)과 수평하며 타측이 직각으로 구부러져 상기 상부 전극(140)의 일측 상에 부착된 단면을 갖는 거울(165)이 형성된다.
이하 본 발명에 따른 상기 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 도 5a 내지 도 5f는 도 4에 도시한 장치의 제조 공정도이다. 도 5a 내지 도 5f에 있어서, 도 4와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 5a를 참조하면, M×N 개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드(105)가 형성된 액티브 매트릭스(100)의 상부에 인 실리케이트 유리(PSG)로 구성된 보호층(110)을 적층한다. 보호층(110)은 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 보호층(110)은 후속하는 공정 동안 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)를 보호한다.
상기 보호층(110)의 상부에는 질화물(nitride)로 구성된 식각 방지층(115)이 적층된다. 식각 방지층(115)은 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0. 1∼1. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(115)은 후속하는 식각 공정 동안 상기 보호층(110) 및 액티브 매트릭스(100) 등이 식각되는 것을 방지한다. 식각 방지층(115)의 상부에는 제1 희생층(120)이 적층된다. 제1 희생층(120)은 인(P)의 농도가 높은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법을 이용하여 1．0∼4．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 제1 희생층(120)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 제1 희생층(120)의 표면을 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법 또는 CMP 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 제1 희생층(120) 중 아래에 드레인 패드(105)가 형성되어 있는 부분을 식각하여 상기 식각 방지층(115)의 일부를 노출시킴으로서 액츄에이터(200)의 지지부가 형성될 위치를 만든다.
도 5b를 참조하면, 지지층(125)은 상기 노출된 식각 방지층(115)의 상부 및 제1 희생층(120)의 상부에 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께로 적층된다. 상기 지지층(125)은 질화물 또는 금속 등의 경질의 물질을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 형성된다. 이 때, 저압의 반응 용기 내에서 반응 가스의 비(ratio)를 변화시키면서 지지층(125)을 형성하여 지지층(125) 내의 스트레스를 조절한다. 상기 지지층(125)의 상부에는 백금, 탄탈륨 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 금속으로 구성된 하부 전극(130)이 적층된다. 하부 전극(130)은 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 하부 전극(130)에는 외부로부터 인가된 화상 신호 전류가 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(105) 및 비어 컨택(150)을 통하여 인가된다. 계속하여, 하부 전극(130)을 각각의 화소별로 분리하기 위하여 액츄에이터(200)가 형성되는 방향과 나란한 방향으로 Iso-Cutting을 한다.
상기 하부 전극(130)의 상부에는 PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질로 구성된 변형층(135)이 적층된다. 변형층(135)은 졸-겔법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛, 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한 후, 변형층(135)을 구성하는 압전 물질을 급속 열처리(RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시키고 분극시킨다. 변형층(135)은 상부 전극(140)과 하부 전극(130) 사이에 발생하는 전기장에 의하여 변형을 일으킨다. 상부 전극(140)은 변형층(135)의 상부에 적층된다. 상부 전극(140)은 알루미늄, 은 또는 백금 등의 전기 전도성을 갖는 금속을 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상부 전극(140)에는 외부로부터 공통 전극선(도시되지 않음)을 통하여 바이어스 전류가 인가되어 하부 전극(130)과 상부 전극(140) 사이에 전기장이 발생하게 된다.
도 5c를 참조하면, 상기 상부 전극(140), 변형층(135) 및 하부 전극(130)을 순차적으로 소정의 화소 형상으로 패터닝한 후, 변형층(135)의 일측 상부로부터 드레인 패드(105)의 상부까지 변형층(135), 하부 전극(130), 지지층(125), 식각 방지층(115) 및 보호층(110)을 차례로 식각하여 상기 변형층(135)으로부터 드레인 패드(105)의 상부까지 비어 홀(145)을 형성한다. 이어서, 텅스텐, 백금, 또는 티타늄 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 드레인 패드(105)와 하부 전극(130)이 전기적으로 연결되도록 비어 컨택(150)을 형성한다. 따라서, 비어 컨택(150)은 상기 비어 홀(145) 내에서 상기 하부 전극(130)으로부터 드레인 패드(105)의 상부까지 수직하게 형성된다. 그러므로, 외부로부터 인가된 화상 신호 전류는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(105) 및 비어 컨택(150)을 통하여 하부 전극(130)에 인가된다. 이어서, 크롬(Cr), 구리(Cu), 또는 금(Au) 등의 금속을 스퍼터링 방법, 또는 증착(evaporation) 방법을 이용하여 액티브 매트릭스(100)의 하단에 증착시켜 저항 컨택(ohmic contact)(도시하지 않음)을 형성한다. 액티브 매트릭스(100) 상부에 포토 레지스트(도시되지 않음)를 코팅한 후, 후속하는 상부 전극(140)에 바이어스 전류를 인가하는 동시에 하부 전극(130)에 화상 신호 전류를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package) 본딩을 대비하여 액티브 매트릭스(100)를 자른다. 이 때, 후속되는 공정을 위하여 액티브 매트릭스(100)를 소정의 정도의 두께까지만 잘라 낸다. 계속하여, TCP 본딩에 요구되는 AMA 패널(panel)의 패드(도시되지 않음)를 노출시키기 위해 AMA 패널의 패드 부위를 식각한다. 계속해서, 상기 지지층(125)을 소정의 화소 형상으로 패터닝한 후, 제1 희생층(120)을 플루오르화 수소(HF) 증기로 식각하여 에어 갭(160)을 형성함으로서 액츄에이터(200)를 완성한다.
도 5d를 참조하면, 전술한 바와 같이 에어 갭(160)을 형성한 후, 상기 결과물 전면에 제2 희생층(155)을 형성한다. 상기 제2 희생층(155)은 거울(165)의 장착을 용이하게 하고 거울의 수평도를 향상시키는 기능을 수행하며, 거울이 장착된 후에 제거된다. 바람직하게는, 상기 제2 희생층(155)은 유동성이 좋은 폴리머 등으로 구성된 포토 레지스트를 스핀 코팅(spin coating) 방법을 이용하여 형성하며, 상기 에어 갭(160)을 완전히 채우면서 상부 전극(140) 상부까지 일정한 두께를 갖도록 도포한다. 이와 같이 액츄에이터(200)가 형성된 결과물 전면에 제2 희생층(155)을 도포하게 되면, 에어 갭(160)에 상기 제2 희생층(155)이 채워지면서 평탄한 표면을 형성하게 된다.
도 5e를 참조하면, 상기 상부 전극(140)의 일측 상부에 거울(165)을 지지하는 포스트를 만들기 위하여 상기 제2 희생층(155)을 패터닝한다. 따라서, 상부 전극(140)의 일측이 노출된다. 계속하여, 상기 상부 전극(140)의 노출된 부분 및 상기 제2 희생층(155)의 상부에 스퍼터링 공정을 이용하여 반사성이 우수한 알루미늄 또는 은을 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께로 증착시킨 후, 증착된 알루미늄 또는 은을 패터닝하여 거울(165)을 형성한다. 상기 거울(165)의 단면은 'ㄱ’자 형상으로 일측이 직각으로 구부러져 상기 상부 전극(140)에 접촉되며, 타측이 에어 갭(160)을 개재하여 상기 상부 전극(140)에 평행하게 형성된다. 이 때, 상기 거울(165)의 중앙부에는 홀(170)이 함께 형성된다. 바람직하게는, 상기 홀(170)은 정사각형의 형상, 원형의 형상 또는 정육각형의 형상을 가진다.
종래에는 평판의 형상을 가지는 거울을 형성하였다. 그러나 이와 같이 평판 형상으로 형성된 거울은 에어 댐핑(air damping)의 영향이 매우 크다. 즉, 미소량의 공기에 의해서도 거울이 진동을 하게 되어 광원으로부터 입사되는 광의 반사각을 일정하게 유지하기 어렵게 된다. 일반적으로 거울의 가로 및 세로 길이를 ℓ, 공기의 점도(viscosity)를 ν, 거울의 상하 이동 속도(velocity)를 υ, 거울과 액츄에이터 사이의 간격을 d라고 하면, 공기의 댐핑력(damping force) F는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.
F ∝ νυd-4ℓ4
상기 수학식 1에서 알 수 있는 바와 같이, 댐핑력 F는 거울의 가로 또는 세로 길이의 4제곱에 비례하게 된다. 그러나 본 발명에서는, 상기 거울(165)의 중앙부에 홀(170)을 형성함으로써, 공기에 의한 거울(165) 및 액츄에이터(200)의 댐핑 정도를 감소시킬 수 있다. 즉, 상기 거울(165)의 중앙부를 식각하여 홀(170)을 형성하여 거울의 가로 또는 세로의 길이를 ½ℓ로 만들면, 댐핑력은 (½ℓ)4, 즉 1/16ℓ4로 감소된다. 그러므로, 거울(165)의 중앙에 홀(170)을 형성함으로써 공기에 의한 댐핑력을 1/16으로 감소시킬 수 있다.
도 5f를 참조하면, 상기와 같이 거울(165)을 형성한 후, 각각의 화소간의 분리를 위하여 상기 제2 희생층(155)을 산소 플라즈마(O2plasma)를 사용하여 제거하고, 헹굼 및 건조 처리를 수행한다. 그 결과, 거울(165)과 상부 전극(140) 사이에 에어 갭(160)이 형성됨으로써, 상부에 거울(165)이 장착된 완전한 액츄에이터(200)가 완성된다.
상기와 같이 박막형 AMA 소자가 형성된 액티브 매트릭스(100)를 소정의 형상으로 완전히 잘라 낸 후, AMA 패널의 패드와 TCP를 연결하여 박막형 AMA 모듈의 제조를 완성한다.
본 발명에 따른 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 인가된 화상 신호 전류는 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(105) 및 비어 컨택(150)을 통하여 상기 하부 전극(130)에 인가된다. 동시에 상기 상부 전극(140)에는 외부로부터 공통 전극선(도시되지 않음)을 통하여 바이어스 전류가 인가된다. 따라서, 상기 상부 전극(140)과 상기 하부 전극(130) 사이에 전기장이 발생하게 된다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극(140)과 하부 전극(130) 사이에 형성된 변형층(135)이 변형을 일으킨다. 상기 변형층(135)은 발생된 전기장에 대하여 수직한 방향으로 수축한다. 이에 따라, 변형층(135)을 포함하는 액츄에이터(200)가 소정의 각도로 틸팅(tilting)한다. 액츄에이터(200)의 상부에 장착된 거울(165)은 휘어진 상부 전극(140)에 의해 그 축이 움직여서 경사지게 되어 광원으로부터 입사되는 광을 반사한다. 상기 거울(165)에 의하여 반사된 광은 슬릿을 통하여 스크린에 투영됨으로써 화상을 맺게 된다.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는, 거울의 중앙부에 소정의 형상을 갖는 홀을 형성함으로써, 공기의 댐핑(damping)으로 인한 거울의 진동을 최소화할 수 있어서 광원으로부터 입사되는 광을 반사하는 거울의 반사각을일정하게 유지하여 스크린에 투영되는 화상의 화질을 향상시킬 수 있다. 또한 거울의 진동을 방지하여 거울의 지지부에서의 피로를 최소화함으로써, 소자의 수명을 연장시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. ⅰ) M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드(105)가 형성된 액티브 매트릭스(100); ⅱ) 상기 액티브 매트릭스(100)의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(160)을 개재하여 상기 액티브 매트릭스(100)와 평행하도록 형성된 지지층(125), 상기 지지층(125)의 상부에 형성된 하부 전극(130), 상기 하부 전극(130)의 상부에 형성된 변형층(135), 상기 변형층의 상부에 적층된 상부 전극(140), 그리고 상기 변형층(135)의 일측 상부로부터 상기 드레인 패드(105)까지 수직하게 형성된 비어 컨택(150)을 포함하는 액츄에이터(200); 그리고 ⅲ) 상기 상부 전극(140)의 일측 상부에 일측의 하단이 접촉되고 타측이 에어 갭(160)을 개재하여 상기 상부 전극(140)과 평행하게 형성되며, 중앙부에 홀(170)이 형성된 거울(165)을 포함하는 박막형 광로 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 거울(165)의 중앙부에 형성된 홀(170)은 정사각형의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 거울(165)의 중앙부에 형성된 홀(170)은 정육각형의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 거울(165)의 중앙부에 형성된 홀(170)은 원형의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  5. ⅰ) M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장되고, 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계; ⅱ) 상기 액티브 매트릭스의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하게 지지층을 형성하는 단계, 상기 지지층의 상부에 하부 전극을 형성하는 단계, 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계, 상기 변형층의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계, 그리고 상기 변형층의 일측 상부로부터 상기 드레인 패드까지 수직하게 비어 컨택을 형성하는 단계를 포함하는 액츄에이터를 형성하는 단계; 상기 상부 전극의 일측 상부에 일측의 하단이 접촉되며 타측이 에어 갭을 개재하여 상기 상부 전극과 평행하게 거울을 형성하는 단계; 그리고 상기 거울의 중앙부에 홀을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 비어 컨택을 형성하는 단계는 상기 변형층의 타측으로부터 상기 변형층, 하부 전극, 상기 변형층, 상기 식각 방지층 및 상기 보호층을 식각하여 상기 변형층으로부터 상기 드레인 패드까지 비어 홀을 형성하는 단계 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 거울을 형성하는 단계는, 상기 액츄에이터의 상부에 희생층을 형성하는 단계, 상기 희생층을 패터닝하여 상기 상부 전극의 일측을 노출시키는 단계, 상기 노출된 상부 전극 및 상기 희생층의 상부에 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)을 스퍼터링 하는 단계, 상기 스퍼터링된 알루미늄 또는 은을 패터닝하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
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