KR100267466B1

KR100267466B1 - 박막형광로조절장치와그제조방법

Info

Publication number: KR100267466B1
Application number: KR1019970029536A
Authority: KR
Inventors: 이종권
Original assignee: 전주범; 대우전자주식회사
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 2000-10-16
Also published as: KR19990005341A

Abstract

본 발명은 M×N(M, N은 정수)개의 화소에 대응하는 M×N개의 트랜지스터(도시안됨)가 매트릭스 형태로 내장되어 있는 구동기판의 상부에 형성된 보호층과; 보호층의 상부에 형성되어 후속하는 공정 동안 보호층과 그 하부가 손상되는 것을 방지하는 식각 방지층과; 식각 방지층의 상부에 화소마다 행(또는 열)방향으로 이웃하는 화소와 연결되는 브리지를 가지되, 브리지와 인접하는 영역이 식각 방지층과 접하고, 브리지에서 연장된 다른 영역은 식각 방지층과 소정 간격 이격되어 형성된 멤브레인과; 멤브레인의 상부에 이웃하는 화소와 분리 개구를 개재하여 형성되어 화소마다 트랜지스터로부터 화상 신호를 제공받는 하부 전극과; 하부 전극의 상부에 이웃하는 화소와 분리 개구를 개재하여 형성되어 전계의 크기에 비례하여 변형되는 변형층과; 분리 개구의 내부를 채우며 형성된 분리층과; 변형층과 분리층의 상부에 화소마다 행(또는 열) 방향으로 이웃하는 화소와 연결되도록 형성된 상부전극을 구비한다.

Description

박막형 광로 조절 장치와 그 제조 방법{APPARATUS AND FABRICATING METHOD OF ACTUATED MIRROR ARRAYS}

본 발명은 박막형 광로 조절 장치와 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 소정 액츄에이터의 변형층이 손상되는 경우 인접하는 액츄에이터의 변형층이 브리지(bridge)를 통하여 연쇄적으로 손상되는 것을 방지할 수 있는 박막형 광로 조절 장치와 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 장치등에 다양하게 응용될 수 있다. 이러한 장치들은 광원으로부터 입사되는 광속을 스크린에 투영하는 방법에 따라서 직시형 화상 표시 장치와 투사형 화상 표시 장치로 구분된다. 직시형 화상 표시 장치로는 CRT(Cathod Ray Tube)등이 있으며, 투사형 화상 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: 이하, LCD라 칭함), DMD(Deformable Mirror Device), 또는 AMA(Actuated Mirror Arrays)등이 있다.

상술한 CRT장치는 평균 100ft-L(백색 표시) 이상인 휘도, 30 : 1 이상인 콘트라스트비, 1만시간 이상의 수명등이 보증된 우수한 표시 장치이다. 그러나, CRT는 중량 및 용적이 크고 높은 기계적인 강도를 유지하기 때문에 화면을 완전한 평면으로 하기가 곤란하여 주변부가 왜곡되는 문제점이 있었다. 또한, CRT는 전자빔으로 형광체를 여기해서 발광시키므로 화상을 만들기 위해 고전압을 필요로 하는 문제점이 있었다.

따라서, 상술한 CRT의 문제점을 해결하기 위해 LCD가 개발되었는 바, 이러한 LCD는 CRT에 비하여 저전압에서 동작하며, 소비 전력이 작고, 변형 없는 화상을 제공하는 장점을 갖는다.

그러나, 상술한 장점들에도 불구하고 LCD는 광속의 편광으로 인하여 1∼2％의 낮은 광효율을 가지며, 그 내부의 액정 물질의 응답 속도가 느린 문제점이 있었다.

이에 따라, 상술한 바와 같은 LCD의 문제점들을 해결하기 위하여 DMD, 또는 AMA등의 장치가 개발되었다. 현재, DMD가 약 5% 정도의 광효율을 가지는 것에 비하여 AMA는 10% 이상의 광효율을 얻을 수 있다. 또한, AMA는 입사되는 광속의 극성에 의해 영향을 받지 않을 뿐만아니라 광속의 극성에 영향을 끼치지 않는다.

통상적으로, AMA 내부에 형성된 각각의 액츄에이터들은 인가되는 화상 신호 및 바이어스 전압에 의하여 발생되는 전계에 따라 변형을 일으킨다. 이 액츄에이터가 변형을 일으킬 때, 액츄에이터의 상부에 장착된 각각의 거울들은 전계의 크기에 비례하여 경사지게 된다.

따라서, 이 경사진 거울들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시킬 수 있게 된다. 이 각각의 거울들을 구동하는 액츄에이터의 구성 재료로서 PZT(Pb(Zr, Ti)O₃), 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O₃)등의 압전 세라믹이 이용된다. 또한, 이 액츄에이터의 구성 재료로 PMN(Pb(Mg, Nb)O₃)등을 이용할 수 있다.

상술한 AMA는 벌크(bulk)형과 박막(thin film)형으로 구분되며, 현재 AMA는 박막형 광로 조절 장치가 주종을 이루는 추세이다.

도 1은 종래의 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.

도 1을 참조하면, 박막형 광로 조절 장치는 액츄에이터(130)와 브리지(170)로 구성된다.

액츄에이터(130)의 일측은 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성된다. 액츄에이터(130)의 타측은 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 갖는다. 그러므로, 액츄에이터(130)의 오목한 부분에는 인접한 액츄에이터의 사각형 형상의 돌출부가 끼워지고, 사각형 형상의 돌출부는 인접한 액츄에이터의 오목한 부분에 끼워지게 된다.

브리지(170)는 액츄에이터(130)와 이웃하는 액츄에이터를 가로 방향으로 연결한다. 브리지(170)는 구동기판(10)에 부착되어 있으므로 액츄에이터(130)가 변형을 일으킬 때, 액츄에이터(130)를 안정하게 동작시킨다. 또한, 브리지(170)의 소정 부분에는 이웃하는 액츄에이터와 전기적으로 분리하기 위하여 절연창(140)이 형성된다.

도 2는 도 1에 도시한 장치를 A-A' 선으로 자른 단면도이다.

도 2를 참조하면, 박막형 광로 조절 장치는 일측 상부에 드레인(drain)(20)이 형성된 구동기판(10)과 그 상부에 형성된 액츄에이터(130)를 포함한다.

구동기판(130)의 내부에는 M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 매트릭스(matrix) 형태로 내장되어 있다. 또한, 구동기판(10)은 그 상부 및 드레인(20)의 상부에 형성된 보호층(30)과 그 상부에 형성된 식각 방지층(40)을 포함한다.

액츄에이터(130)는 식각 방지층(40)중 그 하부에 드레인(20)이 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어갭(air gap)(50)을 개재하여 식각 방지층(40)과 평행하도록 형성된 멤브레인(membrane:60), 멤브레인(60)의 상부에 형성된 하부전극(70), 하부전극(70)의 상부에 형성된 변형층(80), 변형층(80)의 상부에 형성된 상부전극(90), 상부전극(90)의 소정 부분에 형성된 스트라이프(100), 변형층(80)의 타측으로부터 하부전극(70), 멤브레인(60), 식각 방지층(40), 보호층(30)을 통하여 드레인(20)까지 형성된 배전홀(110), 그리고 배전홀(110)내에 하부전극(70)과 드레인(20)이 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 배전체(120)를 포함한다.

도 3은 도 1에 도시한 장치를 B-B' 선으로 자른 단면도이다.

도 3을 참조하면, 브리지(170)는 구동기판(10)과, 구동기판(10)의 상부에 형성된 보호층(30), 보호층(40)의 상부에 형성된 식각 방지층(40), 식각 방지층(40)의 상부에 형성된 멤브레인(60), 멤브레인(60)의 상부에 형성된 하부전극(70), 하부전극(70)의 소정 부분을 제거하여 형성된 절연창(140), 하부전극(70)과 절연창(140)의 상부에 형성된 변형부(80), 변형부(80)의 상부에 형성된 상부전극(90)을 포함한다.

상술한 브리지(170)에서 하부전극(70)의 소정 부분이 제거된 절연창(140)은 액츄에이터(130)와 이웃하는 액츄에이터를 전기적으로 분리한다. 따라서, 각 액츄에이터에는 화상 신호가 개별적으로 제공된다.

그러나, 종래의 박막형 광로 조절 장치는 각 액츄에이터들이 가로 방향으로 브리지에 의해 연결되어 있으므로, 소정 액츄에이터의 변형층이 손상되면 브리지를 통하여 인접하는 액츄에이터의 변형층도 연쇄적으로 손상되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 소정 액츄에이터의 변형층이 손상될 때 브리지를 통하여 인접하는 액츄에이터의 변형층이 연쇄적으로 손상되는 것을 방지할 수 있는 박막형 광로 조절 장치를 제공함에 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M, N은 정수)개의 화소에 대응하는 M×N개의 트랜지스터(도시안됨)가 매트릭스 형태로 내장되어 있는 구동기판의 상부에 형성된 보호층과; 보호층의 상부에 형성되어 후속하는 공정 동안 보호층과 그 하부가 손상되는 것을 방지하는 식각 방지층과; 식각 방지층의 상부에 화소마다 행(또는 열)방향으로 이웃하는 화소와 연결되는 브리지를 가지되, 브리지와 인접하는 영역이 식각 방지층과 접하고, 브리지에서 연장된 다른 영역은 식각 방지층과 소정 간격 이격되어 형성된 멤브레인과; 멤브레인의 상부에 이웃하는 화소와 분리개구를 개재하여 형성되어 화소마다 트랜지스터로부터 화상 신호를 제공받는 하부전극과; 하부전극의 상부에 이웃하는 화소와 분리개구를 개재하여 형성되어 전계의 크기에 비례하여 변형되는 변형층과; 분리 개구의 내부를 채우며 형성된 분리층과; 변형층과 분리층의 상부에 화소마다 행(또는 열) 방향으로 이웃하는 화소와 연결되도록 형성된 상부전극을 구비한다.

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로 부터 더욱 명확하게 될 것이다.

도 1은 종래의 박막형 광로 조절 장치의 평면도이고,

도 2는 도 1의 장치를 A-A' 선으로 자른 단면도이고,

도 3은 도 1의 장치를 B-B' 선으로 자른 단면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이고,

도 5는 도 4의 장치를 C-C' 선으로 자른 단면도이고,

도 6은 도 5의 장치를 E-E' 선으로 자른 단면도이고,

도 7a 내지 도 7c는 도 6 에 도시한 장치의 제조 공정도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

510 : 구동기판 530 : 보호층

540 : 식각 방지층 560 : 멤브레인

570 : 하부전극 580 : 변형층

590 : 상부전극 640 : 절연창

650 : 절연층

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치를 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.

도 4를 참조하면, 박막형 광로 조절 장치는 액츄에이터(630)와 브리지(670)로 구성된다.

액츄에이터(630)의 일측은 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성된다. 액츄에이터(630)의 타측은 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 갖는다. 그러므로, 액츄에이터(630)의 오목한 부분에는 인접한 액츄에이터의 사각형 형상의 돌출부가 끼워지고, 사각형 형상의 돌출부가 인접한 액츄에이터의 오목한 부분에 끼워지게 된다.

브리지(670)는 액츄에이터(630)와 이웃하는 액츄에이터를 가로 방향으로 연결한다. 액츄에이터(630)는 브리지(670)에 의해 안정하게 동작한다. 또한, 브리지(670)는 변형층(580)으로부터 하부전극(570)을 통하여 멤브레인(560)의 상부까지 수직하게 형성된 분리 개구(640), 분리 개구(640)의 내부를 절연물로 채워 형성된 분리층(650)을 포함한다. 분리층(650)은 인접하는 액츄에이터들을 전기적으로 분리하며 소정 액츄에이터의 변형층(580)이 손상되는 경우 브리지(670)를 통하여 인접하는 액츄에이터의 변형층이 연쇄적으로 손상되는 것을 방지한다.

도 5은 도 4에 도시한 장치를 C-C' 선으로 자른 단면도이다.

도 5를 참조하면, 박막형 광로 조절 장치는 일측 상부에 드레인(520)이 형성된 구동기판(510)과 그 상부에 형성된 액츄에이터(630)를 포함한다.

구동기판(510)의 내부에는 M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 매트릭스 형태로 내장되어 있다. 또한, 구동기판(510)은 그 상부 및 드레인(520)의 상부에 형성된 보호층(530)과 그 상부에 형성된 식각 방지층(540)을 포함한다.

액츄에이터(630)는 식각 방지층(540)중 그 하부에 드레인(520)이 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어갭(550)을 개재하여 식각 방지층(540)과 평행하도록 형성된 멤브레인(560), 멤브레인(560)의 상부에 형성된 하부전극(570), 하부전극(570)의 상부에 형성된 변형층(580), 변형층(580)의 일측 상부에 형성된 상부전극(590), 상부전극(590)의 소정 부분에 형성된 스트라이프(600), 변형층(580)의 타측으로부터 하부전극(570), 멤브레인(560), 식각 방지층(540), 보호층(530)을 통하여 드레인(520)까지 형성된 배전홀(610), 그리고 배전홀(610)내에 하부전극(570)과 드레인(520)이 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 배전체(620)를 포함한다.

도 6은 도 4에 도시한 장치를 D-D' 선으로 자른 단면도이다.

도 6을 참조하면, 브리지(670)는 구동기판(510)과, 구동기판(510)의 상부에 형성된 보호층(530), 보호층(530)의 상부에 형성된 식각 방지층(540), 식각 방지층(540)의 상부에 형성된 멤브레인(560), 멤브레인(560)의 상부에 형성된 하부전극(570), 하부전극(570)의 상부에 형성된 변형층(580), 변형층(580)으로부터 하부전극(570)을 통하여 멤브레인(560)의 상부까지 수직하게 형성된 분리 개구(640), 분리 개구(640)의 내부를 절연물로 채워 인접하는 액츄에이터들을 전기적으로 분리하며 연쇄적으로 변형층(580)이 손상되는 것을 방지하는 분리층(650), 변형층(580)과 분리층(650)의 상부에 형성된 상부전극(590)을 포함한다.

도 7a 내지 도 7c는 도 6에 도시한 장치의 제조 공정도이다.

도 7a를 참조하면, 구동기판(510)은 M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터(도시안됨)가 매트릭스 형태로 내장되어 있다.

보호층(530)은 구동기판(510)의 상부에 인 실리케이트 유리를 화학 기상 증착(CVD) 방법으로 형성된다. 보호층(530)은 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께로 형성된다. 보호층(530)은 후속하는 공정동안 트랜지스터가 내장된 구동기판(510)이 손상되는 것을 방지한다.

식각 방지층(540)은 보호층(530)의 상부에 형성된다. 식각 방지층(540)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법으로 형성된다. 식각 방지층(540)은 1000∼2000Å의 두께로 형성된다. 식각 방지층(540)은 보호층(530) 및 그 하부가 후속하는 식각 공정동안 손상되는 것을 방지한다.

멤브레인(560)은 식각 방지층(540)의 상부에 질화물을 저압 화학 기상 증착방법으로 형성된다. 멤브레인(560)은 0.1∼1.0㎛의 두께로 형성된다.

하부전극(570)은 멤브레인(560)의 상부에 백금 또는 백금-탄탈륨등의 전기 전도성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법으로 형성된다. 하부전극(570)에는 화상 신호가 제공된다.

변형층(580)은 하부전극(570)의 상부에 PZT 또는 PZLT등의 압전 물질을 사용하여 형성된다. 변형층(580)은 졸-겔(Sol-Gel) 법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법으로 0.1∼1.0㎛ 두께를 가지도록 형성된다. 이어서, 변형층(580)을 급속 열처리(RAT)하여 상변이시킨다.

도 7b를 참조하면, 변형층(580)의 상부에 포토레지스트(도시안됨)를 도포한 다음 후술하는 분리 개구(640)를 형성하기 위한 마스크(도시안됨)를 정렬시킨다. 이어서, 마스크의 상부에 자외선을 조사한 후 현상한다. 그리고, 변형층(580)으로부터 하부전극(570)을 통하여 멤브레인(560)의 상부까지 소정 부분을 제거하여 분리 개구(640)를 형성한다. 상술한 변형층(580)의 상부에 도포된 포토레지스트를 제거한다.

도 7c를 참조하면, 분리 개구(640)의 내부에 인 실리케이트 유리를 채워 분리층(650)을 형성한다. 분리층(650)은 인접하는 액츄에이터를 전기적으로 분리하여 각 액츄에이터에 개별적인 화상 신호가 전달되도록 한다. 그리고, 분리층(650)은 액츄에이터의 변형층(580)에 손상이 발생되면 인접하는 액츄에이터들의 변형층이 연쇄적으로 손상되는 것을 방지한다.

상부전극(590)은 변형층(580)과 분리층(640)의 상부에 형성된다. 상부전극(590)은 전기 전도성과 반사 특성이 우수한 금속, 예를 들어 알루미늄, 백금 또는 은 등으로 스퍼터링 방법에 의해 형성된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치 및 제조 방법은 소정의 액츄에이터의 변형층에 손상이 발생하였을 때 인접하는 액츄에이터의 변형층이 연쇄적으로 손상되는 것을 방지하여 리크 경로(leak path)를 없애고 인접 화소에 의한 영향을 줄일 수 있는 효과가 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명을 도면을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

M×N(M, N은 정수)개의 화소에 대응하는 M×N개의 트랜지스터(도시안됨)가 매트릭스 형태로 내장되어 있는 구동기판(510)의 상부에 형성된 보호층(530)과;

상기 보호층(530)의 상부에 형성되어 후속하는 공정 동안 상기 보호층(530)과 그 하부가 손상되는 것을 방지하는 식각 방지층(540)과;

상기 식각 방지층(540)의 상부에 상기 화소마다 행(또는 열)방향으로 이웃하는 화소와 연결되는 브리지(670)를 가지되, 상기 브리지(670)와 인접하는 영역이 상기 식각 방지층(540)과 접하고, 상기 브리지(670)에서 연장된 다른 영역은 상기 식각 방지층(540)과 소정 간격 이격되어 형성된 멤브레인(560)과;

상기 멤브레인(560)의 상부에 이웃하는 화소와 분리개구(640)를 개재하여 형성되어 상기 화소마다 상기 트랜지스터로부터 화상 신호를 제공받는 하부전극(570)과;

상기 하부전극(570)의 상부에 이웃하는 화소와 분리개구(640)를 개재하여 형성되어 전계의 크기에 비례하여 변형되는 변형층(580)과;

상기 분리 개구(640)의 내부를 채우며 형성된 분리층(650)과;

상기 변형층(580)과 상기 분리층(650)의 상부에 상기 화소마다 행(또는 열) 방향으로 이웃하는 화소와 연결되도록 형성된 상부전극(590)을 구비하는 박막형 광로 조절 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 분리층(650)이 인 실리케이트 유리로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
트랜지스터와 그 상부에 이를 보호하는 보호층(530)과 최상부에 식각 방지층(540)을 가지는 구동기판(510)의 상부에 각 화소마다 상기 구동기판(510)의 일부를 노출시키는 패턴을 가지도록 희생층(도시안됨)을 형성한 단계와;

상기 희생층 및 노출된 상기 구동기판(510) 상부에 멤브레인 물질층, 변형 물질층과 하부전극 물질층을 차례로 적층하는 단계와;

상기 변형 물질층과 상기 하부전극 물질층중 행(또는 열)방향을 따라 이웃하는 화소끼리 연결되는 브리지(670)가 형성될 영역중에서 소정 부분을 제거하여 분리개구(640)를 형성하는 단계와;

상기 분리개구(640)의 내부를 절연물질로 채워 분리층(650)을 형성하는 단계와;

상기 분리층(650) 및 상기 변형 물질층의 상부에 상부전극 물질층을 형성하는 단계와;

상기 상부전극 물질층, 상기 하부전극 물질층, 상기 멤브레인 물질층을 화소 단위로 패터닝하여 상부전극(590), 변형층(580), 하부전극(570), 멤브레인(560)을 구비하는 액츄에이터(630)를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 분리층(650)이 인 실리케이트 유리로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.