KR100257237B1 - 개선된 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 거울의 양단을 각각 지지하는 두 액츄에이터를 상하 방향으로 동시에 교차 구동시킴으로써 큰 구동각을 얻을 수 있도록 한 개선된 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 이를 위하여 본 발명의 광로 조절 장치는, 일측 액츄에이터가 거울의 일단에 접속되고 타측 액츄에이터가 일측 액추에이터와 평행하게 거울의 타단에 접속된 이중 지지 구조를 가지며, 드레인 패드를 갖는 패널 베이스상에 형성된 일측 및 타측 액츄에이터 각각이: 식각 방지층의 노출된 일측 상부에 일단이 접속되고, 식각 방지층의 노출된 타측 상부에 타단이 접속되며, 일단과 타단 사이에 에어갭이 개재되어 패널 베이스와 평행하게 형성된 하부 전극; 하부 전극의 상부에 형성된 변형층; 변형층의 상부에 형성된 상부 전극; 및 변형층, 하부 전극, 멤브레인, 식각 방지층 및 보호층을 관통하여 드레인 패드에 접속되며, 그 내부에 신호 인가용 배전체를 갖는 배전홀로 구성되며, 두 액츄에이터내의 각 변형층은, 각 상부 전극과 각 하부 전극 사이에 전계가 발생할 때 상측 또는 하측 방향으로 서로 교차 변형되는 구조를 갖는다.

Description

개선된 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법

본 발명은 박막형 광로 조절 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인가된 전계에 의해 형성되는 전기장에 의해 멤브레인을 변형시켜 액츄에이터를 구동시킴으로써 큰 액츄에이터 구동각을 확보하는 데 적합한 개선된 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 광학 에너지(optical energy)를 스크린상에 투영하기 위한 장치인 공간적인 광 모듈레이터(spatial light modulator)는 광통신, 화상 처리 및 정보 디스플레이 장치 등에 다양하게 응용될 수 있다. 이러한 장치들은 광원으로부터 입사되는 광속을 스크린에 투영하는 방법에 따라서 직시형 화상 표시 장치와 투사형 화상 표시 장치로 구분된다.

이때, 직시형 화상 표시 장치의 일예로서는 CRT(Cathod Ray Tube) 등이 있으며, 투사형 화상 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : 이하 LCD 라함), DMD(Deformable Mirror Device), AMA(Actuated Mirror Arrays) 등이 있다. 여기에서, 본 발명은 투사형 화상 표시 장치인 AMA 의 개선에 관련된다.

상술한 투사형 화상 표시 장치중 LCD는, 중량 및 용적이 크고 높은 기계적인 강도로 인해 화면의 완전한 평면화가 어려워 화상의 주변부가 왜곡되며, 또한 전자빔에 의한 형광체의 발광을 위해 고전압을 필요로 하는 문제점을 갖는 CRT를 대신할 수 있는 대체 기술로써 개발되었다.

그러나, 상기한 LCD 또한 저전압에서 동작하고 소비 전력이 작으며 또한 변형없는 화상을 제공할 수 있다는 장점을 갖는 반면에, 광속의 편광으로 인하여 1∼2％의 낮은 광효율을 가지며, 그 내부의 액정물질의 응답속도가 느린 문제점을 여전히 내포하고 있다.

한편, 상술한 바와같은 LCD의 단점을 해결하기 위하여 DMD, AMA 등의 화상 표시 장치가 개발되었으며, 현재로서 DMD는 대략 5% 정도의 광효율을 가지는 것에 비하여 AMA는 적어도 10% 이상의 광효율을 얻을 수 있는 화상 표시 장치인 것으로 알려져 있다. 또한, AMA는 입사되는 광속의 극성에 의해 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 광속의 극성에 영향을 끼치지 않는다.

통상적으로, AMA 내부에 형성된 각각의 액츄에이터들은 인가되는 화상 신호 및 바이어스 전압에 의하여 발생되는 전계에 따라 변형을 일으키는 데, 이 액츄에이터가 변형을 일으킬 때(즉, 액츄에이터가 구동될 때) 액츄에이터의 상부에 장착된 각각의 거울들은 전계의 크기에 비례하여 경사지게 되며, 이 경사진 거울들이 광원으로부터 입사된 빛(예를들면, R,G,B)을 소정의 각도로 반사시킴으로써 디스플레이를 목표로 하는 화소를 생성하게 된다.

이때, 각각의 거울들을 구동하는 액츄에이터의 구성 재료로서는 PZT(Pb(Zr, Ti)O₃), PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O₃) 등의 압전 세라믹이 이용된다. 또한, 액츄에이터의 구성 재료로서 PMN(Pb(Mg, Nb)O₃) 등의 전왜 세라믹을 이용할 수도 있다.

상술한 바와같이, 광원으로부터 입사되는 각 빛을 소정의 각도로 각각 반사시키는 다수의 액츄에이터들을 갖는 박막형 광로 조절 장치는, 본 출원인에 의해“박막형 광로 조절 장치 모듈의 제조 방법”이라는 명칭으로 대한민국 특허청에 1996년 12월 11일자로 특허출원한 출원번호 제 96-64447 호(이하, 선행 출원이라 함)에 잘 개시되어 있다.

도 1은 상술한 선행 출원의 박막형 광로 조절 장치 모듈의 단면도로써, 이해의 증진과 설명의 편의를 위해, M×N 개(예를들면, 640×480)의 화소수에 대응하는 다수의 광로 조절 장치를 갖는 AMA 패널에서 단지 하나의 광로 조절 장치에 대한 단면만을 도시하였다.

도 1을 참조하면, 종래 박막형 광로 조절 장치는 크게 패널 베이스(110)와 드레인 패드(112)의 상부에 형성되는 지지부를 통해 접속되는 액츄에이터(130)로 구성되며, 패널 베이스(110)와 액츄에이터(130) 사이에는 에어갭(air gap : 120)이 형성된다.

또한, 동도면에서의 상세한 도시는 생략되었으나, 구동 기판(111)의 내부에는 M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 매트릭스 형태로 내장되어 있다.

한편, 패널 베이스(110)는 일측 상부에 드레인 패드(112)가 형성된 구동 기판(111), 보호층(113) 및 식각 방지층(115)이 차례로 증착되어 형성되고, 또한 액츄에이터(130)는, 에어갭(120)의 형성을 위해 식각 방지층(115)의 상부에 증착된 희생층(즉, 현재 에어갭(120)이 존재하는 영역)의 일부, 즉 드레인 패드(112)의 상부측 희생층을 패터닝하여 형성한 지지부 영역에 일측이 접촉되며 타측이 에어갭(120)을 개재하여 식각 방지층(115)과 평행하도록 형성된 멤브레인(131), 멤브레인(131)의 상부에 형성된 하부 전극(133), 하부 전극(133)의 상부에 형성된 변형층(135), 변형층(135)의 상부에 형성된 상부 전극(137)을 포함한다.

이때, 공통 전극인 상부 전극(137)의 일측 상부에는 액츄에이터가 구동될 때 상부 전극(137)을 균일하게 동작시켜 도시 생략된 광원으로부터 입사되는 광속의 난반사를 방지하기 위해 소정 간격을 갖는 스트라이프(139)가 형성된다. 더욱이, 도 1에서의 상세한 도시는 생략되었으나 상부 전극(137)의 상부에는 광원으로부터 입사되는 빛을 반사하는 거울이 형성된다.

또한, 액츄에이터(130)에는 변형층(135)의 일측(측, 지지부측)으로부터 하부 전극(133), 멤브레인(131), 식각 방지층(115), 보호층(113)을 관통하여 구동 기판(111)내의 드레인 패드(112)까지 수직하게 배전홀(140)이 형성되어 있으며, 이러한 배전홀(140)내에는 하부 전극(133)과 드레인 패드(112)를 전기적으로 연결하는 배전체(142)가 형성되어 있다.

따라서, 상술한 바와같은 구성을 갖는 종래 광로 조절 장치는 상부 전극(137)에 바이어스 전압을 인가하고, 드레인 패드(112) 및 배전체(142)를 통해 하부 전극(133)에 화상 신호를 인가할 때, 상부 전극(137)과 하부 전극(133) 사이에 전계가 발생하며, 여기에서 발생된 전계에 의해 상부 전극(137)과 하부 전극(133) 사이에 형성된 변형층(135)이 변형을 일으키므로서, 액츄에이터(130)가 소정의 각도로 구동된다. 이때, 변형층(135)은 발생된 전계에 대하여 수직 방향으로 수축되는 데, 그 결과 액츄에이터(130)는 도 1의 화살표 Y 방향으로 Q 만큼의 각(예를들면, 대략 3 - 5 도)으로 구동된다.

따라서, 액츄에이터(130)의 구동을 통해 상부 전극(137)의 상부에 형성된 거울을 통해 광원으로부터 입사되는 빛(R,G 또는 B)이 소정의 각도로 반사되며, 이와같이 반사된 빛은 슬릿(도시 생략)을 통과하여 스크린상에 화소로써 맺어지게 될 것이다.

그러나, 종래의 전형적인 광로 조절 장치에 있어서, 기설정된 구동 전압(예를들면, 0V 내지 17V)에 의해 작동하는 액츄에이터의 구동각 Q는, 일예로서 도 8a에 도시된 바와같이, 대략 3 - 5 도 정도의 범위를 갖는 데, 이러한 정도의 구동각은 좋은 콘트라스트를 얻기에 충분한 값을 갖지 못한다. 즉, 종래의 광로 조절 장치를 이용하여 화상을 디스플레이하는 경우, 화상의 고화질화에 한계를 가질 수밖에 없다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 거울의 양단을 각각 지지하는 두 액츄에이터를 상하 방향으로 동시에 교차 구동시킴으로써 큰 구동각을 얻을 수 있는 개선된 광로 조절 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 거울의 양단을 각각 지지하는 두 액츄에이터를 상하 방향으로 동시에 교차 구동 가능한 이중 지지 구조를 갖는 개선된 액츄에이터 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 일관점에 따른 본 발명은, 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 구동 기판 및 상기 구동 기판상에 차례로 적층된 보호층 및 식각 방지층을 갖는 패널 베이스, 지지부를 통해 상기 패널 베이스상에 형성되어 입사되는 빛의 반사를 위한 거울의 구동각을 제공하는 액츄에이터를 포함하는 광로 조절 장치에 있어서, 상기 광로 조절 장치는, 일측 액츄에이터가 상기 거울의 일단에 접속되고 타측 액츄에이터가 상기 일측 액추에이터와 평행하게 상기 거울의 타단에 접속된 이중 지지 구조를 가지며, 상기 일측 및 타측 액츄에이터 각각이: 상기 식각 방지층의 노출된 일측 상부에 일단이 접속되고, 상기 식각 방지층의 노출된 타측 상부에 타단이 접속되며, 상기 일단과 타단 사이에 에어갭이 개재되어 상기 패널 베이스와 평행하게 형성된 하부 전극; 상기 하부 전극의 상부에 형성된 변형층; 상기 변형층의 상부에 형성된 상부 전극; 및 상기 변형층, 하부 전극, 멤브레인, 식각 방지층 및 보호층을 관통하여 상기 드레인 패드에 접속되며, 그 내부에 신호 인가용 배전체를 갖는 배전홀로 구성되며, 상기 각 변형층은, 상기 각 상부 전극과 각 하부 전극 사이에 전계가 발생할 때 상측 또는 하측 방향으로 서로 교차 변형되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 개선된 광로 조절 장치를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위한 다른 관점에 따른 본 발명은, 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 구동 기판 및 상기 구동 기판상에 차례로 적층된 보호층 및 식각 방지층을 갖는 패널 베이스, 지지부를 통해 상기 패널 베이스상에 형성되어 입사되는 빛의 반사를 위한 거울의 구동각을 제공하는 액츄에이터를 포함하는 광로 조절 장치를 제조하는 방법에 있어서, 상기 식각 방지층의 상부에 소정 두께의 희생층을 형성하는 단계; 상기 일측 및 타측 액츄에이터의 일측 지지부에 대응하며 상기 드레인 패드의 상부에 형성된 상기 희생층의 일부와 상기 일측 및 타측 액츄에이터의 타측 지지부에 대응하며 상기 구동 기판의 타측 상부에 형성된 상기 희생층의 다른 일부를 제거함으로써, 상기 식각 방지층의 일부 및 다른 일부가 노출되는 제 1 및 제 2 노출층을 생성하는 단계; 상기 제 1 노출층의 일측 상부에서부터 상기 제 2 노출층의 일측 상부에 걸쳐 소정 두께의 일측 하부 전극을 형성하고, 상기 일측 하부 전극과 평행하게 상기 제 1 노출층의 타측 상부에서부터 상기 제 2 노출층의 타측 상부에 걸쳐 소정 두께의 타측 하부 전극을 형성하는 단계; 상기 하부 전극의 상부상에 그 중간부분에서 소정 길이만큼의 영역이 패터닝을 통해 제거되는 변형층을 형성하고, 상기 하부 전극의 상부상에 소정 길이 만큼의 좌우 양단측 두 영역이 패터닝을 통해 제거되는 변형층을 형성하는 단계;전계가 발생할 때 상측 또는 하측 방향으로 서로 교차 변형되도록 상기 각 변형층의 서로 대향하는 각 일부를 각각 식각하여 제거하고, 이 제거된 각 영역에 절연재를 형성하는 단계; 상기 각 제거 영역을 갖는 상기 각 변형층의 상부에 각 상부 전극을 형성하는 단계; 상기 각 상부 전극, 각 변형층, 각 하부 전극 및 각 멤브레인을 각 화소별로 각각 패터닝하는 단계; 상기 드레인 패드에 대응하는 수직 방향에서 상기 각 변형층, 각 하부 전극, 각 멤브레인, 식각 방지층 및 보호층의 일부를 순차적으로 식각하여 배전체를 갖는 배전홀을 각각 형성하는 단계; 및 상기 각 멤브레인의 일단 및 타단 사이에 있는 희생층을 제거하여 에어갭을 형성하는 단계로 이루어진 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공한다.

도 1은 종래의 박막형 광로 조절 장치의 단면도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 개선된 박막형 광로 조절 장치의 사시도,

도 3은 도 2에 도시된 광로 조절 장치를 A - A′선에 따라 자른 단면도,

도 4는 도 2에 도시된 광로 조절 장치를 B - B′선에 따라 자른 단면도,

도 5a 내지 도 5f는 본 발명에 따른 개선된 광로 조절 장치의 일측 엑츄에이터의 제조 과정을 도시한 공정도,

도 6a 내지 도 6f는 본 발명에 따른 개선된 광로 조절 장치의 타측 엑츄에이터의 제조 과정을 도시한 공정도,

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개선된 박막형 광로 조절 장치의 사시도,

도 8은 종래 박막형 광로 조절 장치에 따른 구동각과 본 발명의 개선된 박막형 광로 조절 장치에 따른 구동각의 비교예를 도시한 도면.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

220 : 패널 베이스 221 : 구동 기판

222 : 드레인 패드 223 : 보호층

225 : 식각 방지층 230 : 에어갭

240, 260 : 액츄에이터 241, 261 : 멤브레인

243, 263 : 하부 전극 245, 265 : 변형층

245a, 265a : 변형부 245b, 265b : 절연층

247, 267 : 상부 전극 270, 270′: 배전홀

272, 272′: 배전체

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시예로 부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명의 가장 큰 핵심 기술요지는, 본 발명에 따른 광로 조절 장치가 이중 지지 구조, 즉 도시 생략된 광원으로부터 입사되는 빛을 반사하는 거울(즉, 각 화소에 대응하는 거울)을 구동하는 액츄에이터를 거울의 양단에서 상측 또는 하측 방향으로 교차 구동되는 이중 지지 구조로 형성한다는 것으로, 이러한 이중 지지 구조의 액츄에이터를 이용하여 본 발명에서 얻고자 하는 목적을 달성할 수 있다.

즉, 본 발명의 광로 조절 장치는, 예를들어 발생된 전계에 의해 거울의 일단에 접속된 일측의 액츄에이터가 상측 방향으로 구동될 때 거울의 타단에 접속된 타측의 액츄에이터가 하측 방향으로 구동되는 동작원리를 이용하여 보다 큰 구동각, 예를들어 전술한 종래 장치가 대략 3 - 5도의 구동각을 얻을 때 본 발명의 장치는 6 - 10도의 구동각을 얻을 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 개선된 박막형 광로 조절 장치의 사시도를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 광로 조절 장치는 두 개의 액츄에이터(240, 260)로 구성, 즉 도시 생략된 거울의 일단에 접속되는 하나의 액츄에이터(240)와 거울의 타단에 접속되는 다른 하나의 액츄에이터(260)로 구성된다.

이때, 액츄에이터(240)의 일단은 보호층의 전면에 걸쳐 증착된 희생층의 일부를 건식 공정 또는 습식 공정을 이용하는 패터닝을 통해 제거함으로써 노출된 식각 방지층(225)의 상부 일부 영역(227)에 증착되고, 타단은 동일한 과정에서 동시에 노출된 식각 방지층(225)의 다른 상부 일부 영역(227′)에 증착된다. 또한, 액츄에이터(260)는, 상기한 액츄에이터(240)와 마찬가지로, 그 일단이 식각 방지층(225)의 상부 일부 영역(227)에 증착되고, 타단이 식각 방지층(225)의 다른 상부 일부 영역(227′)에 증착된다.

또한, 도 2에서의 상세한 도시는 생략되었으나, 에어갭(230)의 하부에는, 후술하는 도 3 및 도 4에 도시된 바와같이, 식각 방지층, 보호층 및 구동 기판이 차례로 증착 형성되어 있다.

한편, 본 실시예의 광로 조절 장치가 이중 지지 구조의 액츄에이터를 채용한다는 점을 제외하고, 광로 조절 장치에 채용되는 두 액츄에이터(240, 260) 각각이, 하부 전극(243, 263), 변형층(245, 265) 및 상부 전극(247, 267)이 순차 적층되는 구조를 갖는다는 점만을 본다면, 도 1에 도시된 종래 장치의 다소 유사하다고 볼 수도 있다.

그러나, 본 발명의 광로 조절 장치는 인가되는 전압에 의해 전계가 발생할 때 두 액츄에이터(240, 260)중 하나의 액츄에이터(240)는 상측(즉, 도 2에서 화살표 Y의 방향으로 변형)으로 구동되고, 다른 하나의 액츄에이터(260)는 하측(즉, 도 2에서 화살표 Y′의 방향으로 변형)으로 구동된다는 점에 큰 기술적인 특징을 갖는다. 즉, 액츄에이터(240)의 상부에 도시 생략된 거울의 일단이 적층되고 액츄에이터(260)의 상부에 거울의 타단이 적층되는 데, 두 액츄에이터(240, 260)의 상하 방향으로의 교차 구동에 의해 전술한 종래 장치에 비해 대략 두배 정도의 구동각(예를들면, 대략 6 - 10도)을 얻을 수 있다.

상기와 같이, 액츄에이터(240)가 상측 방향(화살표 Y 방향)으로 변형되고, 액츄에이터(260)가 하측 방향(화살표 Y′방향)으로 변형되는 것은 각각 변형층(240, 260)의 패턴 특징에 의해 결정된다.

즉, 액츄에이터(240)내에서 하부 전극(243)과 상부 전극(247) 사이에 형성된 변형층(245)은 대략 중간부분에서 소정 길이만큼이 패터닝을 통해 제거된 영역(245b)을 갖는 분리된 두 개의 변형부(245a)로 이루어지고, 액츄에이터(260)내에서 하부 전극(263)과 상부 전극(267) 사이에 형성된 변형층(265)은 소정 길이 만큼의 좌우 양단이 패터닝을 통해 제거된 두 영역(265b)을 갖는 변형부(265a)로 이루어지며, 두 액츄에이터(240, 260)내의 각 영역(245b, 265b)은, 예를들면 실리콘 산화물(SiO₂), 실리콘 질화물(Si₃N₄) 등과 같은 절연재로 채워지는 절연층으로써 형성된다.

따라서, 상술한 바와같은 구조를 갖는 본 발명의 광로 조절 장치는 구동 전압의 인가에 따라 전계가 발생할 때, 일예로서 도 8b에 도시된 바와같이, 액츄에이터(240)가 상측 방향(Y 방향)으로 +Q 만큼 변형되고, 액츄에이터(260)가 하측 방향(Y′방향)으로 -Q 만큼 변형되므로써, 결과적으로 Q 만큼의 구동각을 얻을 수 있었던 전술한 종래 장치와는 달리, 2Q 만큼의 큰 구동각을 얻을 수 있다.

한편, 도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 광로 조절 장치를 A - A′선에 따라 자른 단면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 본 발명의 광로 조절 장치를 B - B′선에 따라 자른 단면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와같이, 본 발명에 채용되는 두 액츄에이터(240, 260)는 각각의 배전홀(270, 270′)과 배전체(272. 272′)가 형성되는 데, 여기에 각각 형성된 배전홀 및 배전체의 구조는, 실질적으로 도 1에 도시된 종래 장치에서의 그것들과 거의 유사 또는 동일한 구조로써 동일한 기능을 수행하기 위한 것이다.

또한, 도 1에 도시된 종래 장치에서 액츄에이터(130)와 패널 베이스(110) 사이에 형성된 에어갭(120)은 액츄에이터의 일단(지지부측)이 폐쇄되고 타단이 개방된 형태의 구조를 갖는 반면에, 이중지지 구조을 채용한 본 발명에서의 에어갭(230)은 액츄에이터(240, 260)의 일단 및 타단이 모두 폐쇄된 형태의 구조를 갖는다.

도 3 및 도 4에서, 두 액츄에이터(240, 260)의 패널 베이스(220)의 구조 및 제조 공정은 전술한 도 1에 도시된 패널 베이스(110)의 구조 및 그 제조 공정과 동일 내지 유사하다. 따라서, 이러한 패널 베이스(220)의 구조 및 제조 공정은 전술한 선행 출원에 상세하게 개시되어 있으므로 여기에서의 상세한 설명은 생략하며, 이하에서는 첨부된 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 개선된 광로 조절 장치에 채용되는 이중 지지 구조를 갖는 액츄에이터의 제조 공정에 대하여 상세하게 설명한다.

도 5a 내지 도 5f는 본 발명에 따른 개선된 광로 조절 장치의 일측 엑츄에이터의 제조 과정을 도시한 공정도이고, 도 6a 내지 도 6f는 본 발명에 따른 개선된 광로 조절 장치의 타측 엑츄에이터의 제조 과정을 도시한 공정도이다.

먼저, 식각 방지층(225), 보호층(223) 및 드레인 패드(222)를 갖는 구동 기판(221)이 아래 방향으로 차례로 적층된 패널 베이스(220)의 상부, 즉 식각 방지층(225)의 상부에 희생층(229)이 증착된 상태, 즉 인(P)의 농도가 높은 인실리케이트 유리를 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD : APCVD) 방법으로 1.0 ∼ 2.0㎛ 정도의 두께로 희생층(229)이 형성된 상태에서, 희생층(229)중 그 하부에 드레인 패드(222)가 형성되어 있는 지지부 형성부분(227)과 두 액츄에이터(240, 260)의 타단이 접속되는 지지부 형성부분(227′)을 패터닝을 통해 식각하여, 일예로서 도 5a 및 도 6a에 도시된 바와같이, 식각 방지층(225)의 양단측 일부를 노출시킨다.

여기에서, 희생층(229)은 AMA 모듈을 형성하는 데 필요한 적층을 용이하게 하는 기능을 수행하는 것으로, 이러한 희생층(229)은 AMA 모듈의 적층이 완료된 후 플루오르화 수소(HF) 증기에 의해 제거되며, 이와같이 희생층(229)이 제거되는 공간은, 예를들면 도 3 및 도 4에 도시된 바와같은, 에어갭(230) 영역이 된다.

다음에, 도 5b 및 도 6b에 도시된 바와같이, 노출된 식각 방지층(225)의 상부(227, 227′) 및 희생층(229)의 상부에, 예를들면 스퍼터링 기법을 이용하여 백금/탄탈륨(Pt/Ta) 등과 같이 전기 도전성이 우수한 물질로 된 하부 전극(243, 263)을 형성한다(도 5c 및 도 6c). 이때, 형성되는 하부전극(243, 263)의 두께는 500 ∼ 2000Å 정도가 바람직하다.

이때, 도 5b 및 도 6b에서 하부 전극을 서로 다른 참조번호로서 표시하였으나 이는 설명의 편의를 위해 구분하여 표시한 것으로, 멤브레인(241, 261)은 실질적으로 동일한 공정에서 동시에 형성된다.

한편, 도 5c 및 도 6c를 참조하면, 하부 전극(243, 263)의 상부에 졸-겔(Sol-Gel)법을 이용하여 압전물질인 PZT 또는 PLZT을 적층함으로써 변형층(245, 265)을 형성하며, 이러한 변형층(245, 265)의 두께는 대략 0.1 ∼ 1.0㎛ 정도가 바람직하다. 이어서, 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing : RTA) 기법에 의거하여 열처리를 적용함으로써 변형층(245, 265)을 상변이 시킨다.

다른한편, 상술한 바와같은 공정을 통해 하부 전극(243, 263)의 상부에 각각 형성된 변형층(245, 265)을 패터닝하고, 포토리소래피(photolithography) 공정을 이용하여 변형층(245, 265)의 일부를 식각한다. 즉, 도 5d에 도시된 바와같이, 액츄에이터(240)의 변형층(245)은 대략 중간부분에서 소정 길이만큼 제거하여 중간에 제거된 영역(245b)을 갖는 분리된 두 개의 변형부(245a)로 형성되고, 도 6d에 도시된 바와같이, 액츄에이터(260)의 변형층(265)은 소정 길이 만큼 좌우 양단을 제거하여 양단이 제거된 두 영역(265b)을 갖는 변형부(265a)로 형성된다.

이때, 액츄에이터(240)의 변형층(245)에서는 대략 중간부분을 제거하고, 액츄에이터(260)의 변형층(265)에서는 대략 중간부분을 제외한 양단부분을 제거하는 이유는, 거울의 일단에 그 상부(즉, 도 3에 도시된 상부 전극(247))가 접속된 액츄에이터(240)가 상측 방향(도 2의 화살표 Y 방향)으로 변형되고, 거울의 타단에 그 상부(즉, 도 4에 도시된 상부 전극(267))가 접속된 액츄에이터(260)가 하측 방향(도 2의 화살표 Y′방향)으로 변형되도록 하기 위해서이다. 즉, 본 발명의 광로 조절 장치에서는 이와같이 상하 방향으로 서로 교차하는 액츄에이터 구동을 통해 보다 큰 구동각을 실현한다.

그런다음, 두 액츄에이터(240, 260)내의 각 제거 영역(245b, 265b)은, 예를들면 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등과 같은 절연재를 증착시킴으로써 절연층으로 형성된다(도 5e 및 도 6e).

다음에, 변형부(245a, 265a)와 절연층(245b, 265b)을 포함하는 변형층(245, 265)의 상부에, 일예로서 도 5f 및 도 6f에 도시된 바와같이, 전기 도전성 및 반사성이 우수한 알루미늄(Al), 백금(Pt) 등의 금속을 스퍼터링하고, 각 화소별로 패터닝하여 상부 전극(247, 267)을 형성하며, 이때 형성되는 상부 전극(247, 267)의 두께는 대략 500 ∼ 2000Å 정도가 바람직하다.

한편, 상술한 바와같은 과정을 통해 하부 전극(243, 263), 변형층(245, 265) 및 상부 전극(247, 267)이 순차적으로 적층되는 엑츄에이터의 적층 공정을 완료한 다음, 변형층(245, 265), 하부 전극(243, 263)을 순차적으로 화소별로 패터닝한다. 즉, 식각하고자하는 층의 재료에 내성을 갖는 보호층을 형성한 후에 해당 층을 패터닝하는 방법으로 순차적으로 각 층을 화소별로 패터닝한다.

다음에, 화소별 패터닝이 완료된 후, 포토리소그래피(photolithography) 공정을 이용하여 변형층(245, 265)의 일측으로부터 변형층(245, 265), 하부 전극(243, 263), 식각 방지층(225) 및 보호층(223)을 순차적으로 식각(즉, 도 5f 및 도 6f에서 화살표 n의 방향에서 순차적으로 식각)함으로써, 변형층(245, 265)으로부터 드레인 패드(222)에 걸쳐 수직하게 배전홀(270, 270′)을 형성한다.

이어서, 배전홀(270, 270′)의 내부를 텅스텐, 백금 또는 티타늄 등의 금속으로 채워 배전체(272, 272′)를 형성한다. 이때, 배전체(272, 272′)는 스퍼터링 방법으로 형성되며 드레인 패드(222)와 하부 전극(243, 263)을 전기적으로 연결한다. 따라서, 배전체(272, 272′)는 배전홀(270, 270′)내에서 하부 전극(243, 263)으로부터 드레인 패드(222)의 상부까지 수직하게 형성된다.

마지막으로, 각 액츄에이터(240, 260)의 지지부 내측에 있는 식각 방지층(225)의 일측 상부에 형성된 희생층(229)을, 예를들면 플루오르화 수소(HF) 증기에 의해 제거하여 에어갭(230)을 형성한다. 이어서, 에어갭(230)의 내부에 액상의 p-다이크로벤젠(p-dichlobenznen)을 채운다. 이때, 에어갭(230)의 내부에 존재하는 수분은 외부로 배출된다. 다음에, 에어갭(230)의 내부에 p-다이크로벤젠이 채워진 박막형 광로 조절 장치를 p-다이크로벤젠을 진공중에 승화시켜 박막형 광로 조절 장치를 완성, 즉 각 액츄에이터가 전술한 도 3 및 도 4에 도시된 바와같은 단면을 갖는 이중 지지 구조의 광로 조절 장치가 완성된다.

한편, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개선된 박막형 광로 조절 장치의 사시도를 나타낸다.

본 실시예가 전술한 실시예에 다른 점은, 브리지형의 이중 지지 구조를 갖는 각 액츄에이터의 각 하부 전극(243,263) 하부에 각각 멤브레인(241,261)을 형성한다는 것이다. 이러한 멤브레인(241, 261)은 질화 실리콘을 저압 화학 기상 증착 방법으로 0.1 ∼ 1.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성된다.

즉, 본 실시예의 광로 조절 장치는, 전술한 종래 장치에서의 구조와 유사하게 각 액츄에이터가 멤브레인, 하부 전극, 변형층, 상부 전극이 패널 베이스의 상부에 순차 적층되는 구조를 가지며, 이러한 구조를 갖는 본 실시예의 광로 조절 장치는 전술한 일실시예와 실질적으로 동일한 효과(즉, 큰 구동각의 실현)를 얻을 수 있다.

이상 설명한 바와같이 본 발명에 따르면, 광원으로부터 입사되는 빛을 반사하는 거울을 구동하는 광로 조절 장치의 액츄에이터를 거울의 양단에서 상측 및 하측 방향으로 교차 구동하는 이중 지지 구조로 형성하여 거울의 일단에 접속된 일측 액츄에이터가 상측 방향으로 구동될 때 거울의 타단에 접속된 타측 액츄에이터가 하측 방향으로 구동되도록 함으로써, 종래 장치에서의 구동각에 비해 보다 큰 구동각을 실현할 수 있어 디스플레이되는 화상의 고화질화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명은 거울을 양단에서 지지하는 브리지 구조의 액츄에이터를 채용함으로써, 광로 조절 장치의 구조적 안정화를 도모할 수 있다.

Claims (6)

1. 일측 상부에 드레인 패드(222)가 형성된 구동 기판(221) 및 상기 구동 기판(221)상에 차례로 적층된 보호층(223) 및 식각 방지층(225)을 갖는 패널 베이스(220), 지지부를 통해 상기 패널 베이스(220)상에 형성되어 입사되는 빛의 반사를 위한 거울의 구동각을 제공하는 액츄에이터를 포함하는 광로 조절 장치에 있어서,

   상기 광로 조절 장치는, 일측 액츄에이터(240)가 상기 거울의 일단에 접속되고 타측 액츄에이터(260)가 상기 일측 액추에이터(240)와 평행하게 상기 거울의 타단에 접속된 이중 지지 구조를 가지며,

   상기 일측 및 타측 액츄에이터(240, 260) 각각이:

   상기 식각 방지층(225)의 노출된 일측 상부에 일단이 접속되고, 상기 식각 방지층(225)의 노출된 타측 상부에 타단이 접속되며, 상기 일단과 타단 사이에 에어갭(230)이 개재되어 상기 패널 베이스(220)와 평행하게 형성된 하부 전극(243, 263);

   상기 하부 전극(243, 263)의 상부에 형성된 변형층(245, 265);

   상기 변형층(245, 265)의 상부에 형성된 상부 전극(247, 267): 및

   상기 변형층(245, 265), 하부 전극(243, 263), 멤브레인(241, 261), 식각 방지층(225) 및 보호층(223)을 관통하여 상기 드레인 패드(222)에 접속되며, 그 내부에 신호 인가용 배전체(272, 272′)를 갖는 배전홀(270, 270′)로 구성되며,

   상기 변형층(245)과 변형층(265)은, 상기 각 상부 전극(247, 267)과 각 하부 전극(243, 263) 사이에 전계가 발생할 때 상측 또는 하측 방향으로 서로 교차 변형되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 개선된 광로 조절 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 변형층(245)은 그 중간부분에서 소정 길이만큼이 패터닝을 통해 제거된 영역(245b)을 갖는 분리된 두 개의 변형부(245a)로 이루어지고, 상기 변형층(265)은 소정 길이 만큼의 좌우 양단이 패터닝을 통해 제거된 두 영역(265b)을 갖는 변형부(265a)로 이루어진 것을 특징으로 하는 개선된 광로 조절 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제거 영역(245b, 265b) 각각은, 절연재가 각각 증착된 절연층인 것을 특징으로 하는 개선된 광로 조절 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 절연재는, 실리콘 산화물(SiO₂) 또는 실리콘 질화물(Si₃N₄)인 것을 특징으로 하는 개선된 광로 조절 장치.
5. 일측 상부에 드레인 패드(222)가 형성된 구동 기판(221) 및 상기 구동 기판(221)상에 차례로 적층된 보호층(223) 및 식각 방지층(225)을 갖는 패널 베이스(220), 지지부를 통해 상기 패널 베이스(220)상에 형성되어 입사되는 빛의 반사를 위한 거울의 구동각을 제공하는 액츄에이터를 포함하는 광로 조절 장치를 제조하는 방법에 있어서,

   상기 식각 방지층(225)의 상부에 소정 두께의 희생층(229)을 형성하는 단계;

   상기 일측 및 타측 액츄에이터(240, 260)의 일측 지지부에 대응하며 상기 드레인 패드(222)의 상부에 형성된 상기 희생층(229)의 일부와 상기 일측 및 타측 액츄에이터(240, 260)의 타측 지지부에 대응하며 상기 구동 기판(221)의 타측 상부에 형성된 상기 희생층(229)의 다른 일부를 제거함으로써, 상기 식각 방지층(225)의 일부 및 다른 일부가 노출되는 제 1 및 제 2 노출층을 생성하는 단계;

   상기 제 1 노출층의 일측 상부에서부터 상기 제 2 노출층의 일측 상부에 걸쳐 소정 두께의 멤브레인(241)을 형성하고, 상기 멤브레인(241)과 평행하게 상기 제 1 노출층의 타측 상부에서부터 상기 제 2 노출층의 타측 상부에 걸쳐 소정 두께의 각 하부 전극(243, 263)을 형성하는 단계;

   상기 하부 전극(243)의 상부상에 그 중간부분에서 소정 길이만큼의 영역(245b)이 패터닝을 통해 제거되는 변형층(245)을 형성하고, 상기 하부 전극(263)의 상부상에 소정 길이 만큼의 좌우 양단측 두 영역(265b)이 패터닝을 통해 제거되는 변형층(265)을 형성하는 단계;

   전계가 발생할 때 상측 또는 하측 방향으로 서로 교차 변형되도록 상기 각 변형층(245, 265)의 서로 대향하는 각 일부를 각각 식각하여 제거하고, 이 제거된 각 영역(245b, 265b)에 절연재를 형성하는 단계;

   상기 각 제거 영역(245b, 265b)을 갖는 상기 각 변형층(245, 265)의 상부에 각 상부 전극(247, 267)을 형성하는 단계;

   상기 각 상부 전극(247, 267), 각 변형층(245, 265), 각 하부 전극(243, 263) 및 각 멤브레인(241, 261)을 각 화소별로 각각 패터닝하는 단계;

   상기 드레인 패드(222)에 대응하는 수직 방향에서 상기 각 변형층(245, 265), 각 하부 전극(243, 263), 각 멤브레인(241, 261), 식각 방지층(225) 및 보호층(223)의 일부를 순차적으로 식각하여 배전체(272, 272′)를 갖는 배전홀(270, 270′)을 각각 형성하는 단계; 및

   상기 각 멤브레인(241, 261)의 일단 및 타단 사이에 있는 희생층(229)을 제거하여 에어갭(230)을 형성하는 단계로 이루어진 광로 조절 장치의 제조 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 각 영역(245b, 265b)에 형성되는 상기 절연재는, 실리콘 산화물(SiO₂) 또는 실리콘 질화물(Si₃N₄)인 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법.

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