KR100267468B1 - 박막형광로조절장치의구동기판 - Google Patents

박막형광로조절장치의구동기판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단위 화소에 동일한 화상신호와 동일한 게이트 구동신호가 제공되는 2개의 MOS 트랜지스터가 형성된 박막형 광로조절장치의 구동기판에 관한 것이다. 종래 박막형 광로조절장치의 구동기판은 단위 화소에 1개의 MOS 트랜지스터가 형성되므로 소정의 MOS 트랜지스터가 손상되면 박막형 광로조절장치가 정상적으로 동작하지 않는 문제점이 있었다. 본 발명은 단위 화소에 2개의 MOS 트랜지스터를 형성함으로써 소정의 MOS 트랜지스터가 동작하지 않을 경우 동일한 화상신호와 동일한 게이트 구동신호가 전달되는 여분의 MOS 트랜지스터를 사용하여 박막형 광로조절장치를 정상적으로 동작시킬 수 있다.

Description

박막형 광로조절장치의 구동기판{ACTIVE MATRIX IN ACTUATED MIRROR ARRAYS}
본 발명은 박막형 광로조절장치의 구동기판에 관한 것으로서, 특히 단위 화소에 동일한 화상신호와 동일한 게이트 구동신호가 제공되는 2개의 MOS 트랜지스터가 형성된 박막형 광로조절장치의 구동기판에 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 화상표시장치와 투사형 화상표시장치로 구분된다. 직시형 화상표시장치로는 CRT(Cathode Ray Tube)등이 있으며, 투사형 화상표시장치로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display:이하 'LCD'라 칭함), DMD(Deformable Mirror Device), 또는 AMA등이 있다.
상술한 CRT장치는 평균 100ft-L(백색 표시) 이상인 휘도, 30 : 1 이상인 콘트라스트비, 1만시간 이상의 수명등이 보증된 우수한 표시장치이다. 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 개발되었다. 이러한 LCD의 장점을 CRT와 비교하여 설명하면 다음과 같다. LCD는 저전압에서 동작하며, 소비 전력이 작고, 변형없는 화상을 제공한다.
그러나, 상술한 장점들에도 불구하고 LCD는 광속의 편광으로 인하여 1∼2％의 낮은 광효율을 가지며, 그 내부의 액정물질의 응답속도가 느린 문제점이 있었다.
이에 따라, 상술바와 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 뿐만 아니라 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 구성재료로서 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)등의 전왜 세라믹을 이용할 수 있다.
상술한 AMA는 벌크(bulk)형과 박막(thin film)형으로 구분된다. 현재 AMA는 박막형 광로조절장치가 주종을 이루는 추세이다.
도 1은 종래 박막형 광로조절장치의 구동기판에 대한 평면도이다.
도 1을 참조하면, 절연기판(10)의 상부에는 M×N(M, N은 정수)개의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터(40)들이 형성되며, MOS 트랜지스터(40)는 게이트 산화층(도시되지 않음), 게이트 전극(40b), 소오스 영역(40c)과 드레인 영역(40d)을 구비한다.
게이트 전극(40b)은 게이트 폴리(80)의 일부가 신장되어 형성된다. 게이트 폴리(80)는 게이트 라인(90)을 도면상에서 행방향으로 연결한다. 게이트 라인(90)은 'ㄷ'자가 시계방향으로 90°회전한 모양을 갖는다. 그리고, 외부의 게이트 구동신호는 게이트 라인(90)과 게이트 폴리(800)를 통하여 게이트 전극(40b)에 전달된다.
소오스 영역(40c)은 소오스 라인(60)과 연결되어 있으며, 소오스 라인(60)은 도면상에서 열방향으로 형성된다. 따라서, 외부의 화상 신호는 소오스 라인(60)을 통하여 소오스 영역(40c)에 전달된다.
드레인 영역(40d)은 드레인 패드(70)와 연결되어 있으며, 드레인 패드(70)는 박막형 광로조절장치의 하부전극(도시되지 않음)에 연결된다.
이와 같이, 외부의 화상신호는 소오스 라인(60)을 통하여 소오스 영역(40c)에 전달되고, 게이트 구동신호는 게이트 라인(90)과 게이트 폴리(80)를 통하여 게이트 전극(40b)에 전달된다.
그리고, 소오스 영역(40c)에 도달한 화상신호는 게이트 전극(40b)에 도달한 게이트 구동신호에 의해 증폭되어 드레인 영역(40d)에 전달된다. 따라서, 드레인 영역(40d)에 도달한 증폭된 화상신호는 드레인 패드(70)를 통하여 하부전극에 전달된다.
도 2는 도 1에 도시한 장치를 A-A' 선으로 자른 단면도이다.
도 2를 참조하면, 절연기판(10)의 상부에는 필드 산화층(20)이 형성된다. 필드 산화층(20)은 절연기판(10)의 활성영역(30)을 한정한다. 활성영역(30)은 후술하는 MOS 트랜지스터(40)가 형성되며, 필드 산화층(20)이 형성되지 않는다.
MOS 트랜지스터(40)는 필드 산화층(20)에 의해 한정된 활성영역(30)에 형성되며, 게이트 산화층(40a), 게이트 전극(40b), 소오스 영역(40c) 및 드레인 영역(40d)을 포함한다.
소오스 영역(40c)의 상부에는 소오스 라인(60)이 형성되며, 드레인 영역(40d)의 상부에는 드레인 패드(70)가 형성된다. 이때, 소오스 라인(60)과 드레인 패드(70)는 서로 전기적으로 연결되지 않도록 형성된다. 또한, 층간 절연층(50)은 소오스 라인(60)과 드레인 패드(70)가 서로 전기적으로 연결되지 않도록 형성된다.
그리고, 필드 산화층(20)의 일측 상부의 층간 절연층(50)은 제거되어 소오스 라인(60)이 형성된다. 본 도면에서는 소오스 영역(40c)의 상부에 형성된 소오스 라인(60)과 필드 산화층(20)의 상부에 형성된 소오스 라인(60)이 서로 연결되지 않는 상태로 도시되어 있다.
그러나, 도 1에 도시된 바와 같이 소오스 영역(40c)의 상부에 형성된 소오스 라인(60)과 필드 산화층(20)의 상부에 형성된 소오스 라인(60)은 동일한 구성 부재이다.
그런데, 종래 박막형 광로조절장치의 구동기판은 단위 화소에 1개의 MOS 트랜지스터가 형성되므로 소정의 MOS 트랜지스터가 손상되면 박막형 광로조절장치가 정상적으로 동작하지 않는 문제점이 있었다.
예를 들어 설명하면, 소오스 영역(40c), 드레인 영역(40d) 또는 게이트 폴리(80)에 결함이 발생하면 해당 MOS 트랜지스터(40)는 동작하지 않으므로 그 상부에 형성된 박막형 광로조절장치는 정상적으로 동작하지 않는다.
그리고, 소오스 영역(40c), 드레인 영역(40d) 또는 게이트 폴리(80)에 발생한 결함이 절연기판(10)과 단락될 경우 게이트 전극(40b)과 소오스 라인(60)이 손상되어 해당 MOS 트랜지스터(40) 또는 동일 열상의 MOS 트랜지스터(40)가 동작하지 않으므로 그 상부에 형성된 박막형 광로조절장치는 정상적으로 동작하지 않는다.
또한, 도 1에 도시된 게이트 라인(90)과 소오스 라인(60)이 교차하는 지점에서 층간 절연층(50)에 결함이 발생하여 게이트 라인(90)과 소오스 라인(60)이 단락되면 해당 열방향과 해당 행방향의 MOS 트랜지스터(40)가 동작하지 않으므로 그 상부에 형성된 박막형 광로조절장치는 정상적으로 동작하지 않는다.
마지막으로, 소정의 소오스 라인(60) 또는 소정의 게이트 라인(90)이 손상되어 개방되면 해당 열방향 또는 해당 행방향의 MOS 트랜지스터(40)가 동작하지 않으므로 그 상부에 형성된 박막형 광로조절장치는 정상적으로 동작하지 않는다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 단위 화소에 공통 드레인 영역과 공통 드레인 패드를 갖는 2개의 MOS 트랜지스터를 형성하여 소정의 MOS 트랜지스터가 동작하지 않아도 박막형 광로조절장치를 정상적으로 동작시킬 수 있는 박막형 광로조절장치의 구동기판을 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 절연기판의 활성영역을 한정하는 필드 산화층과; 필드 산화층에 의해 한정된 활성영역에 형성된 제 1 게이트 산화층, 제 1 게이트 전극 및 제 1 소오스 영역을 포함하는 제 1 MOS 트랜지스터와; 제 1 MOS 트랜지스터와 동일 평면상에서 공통 드레인 영역과 공통 드레인 패드를 공유하며, 제 2 게이트 산화층, 제 2 게이트 전극 및 제 2 소오스 영역을 포함하는 제 2 MOS 트랜지스터와; 제 1 및 제 2 게이트 전극과 각각 접촉하며 형성되는 제 1 및 제 2 게이트 라인과; 제 1 및 제 2 소오스 영역과 각각 접촉하며 형성되는 제 1 및 제 2 소오스 라인과; 제 1 및 제 2 게이트 라인이 제 1 및 제 2 소오스 라인과 전기적으로 연결되지 않도록 하고 제 1 및 제 2 게이트 전극을 보호하며 절연시키는 층간 절연층을 구비한다.
본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
도 1은 종래 박막형 광로조절장치의 구동기판에 대한 평면도,
도 2는 도 1에 도시한 장치를 A-A' 선으로 자른 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치의 구동기판에 대한 평면도,
도 4는 도 3에 도시한 장치를 B-B' 선으로 자른 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
510 : 절연기판 520 : 필드 산화층
530 : 활성영역 540 : 제 1 MOS 트랜지스터
550 : 제 2 MOS 트랜지스터 560 : 공통 드레인 영역
570 : 제 1 소오스 라인 580 : 제 2 소오스 라인
590 : 공통 드레인 패드 600 : 게이트 폴리
610 : 제 1 게이트 라인 620 : 제 2 게이트 라인
630 : 층간 절연층
도 3은 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치의 구동기판에 대한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 절연기판(510)의 상부에는 M×N(M, N은 정수)개의 제 1 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터(540)들과 제 2 MOS 트랜지스터(550)들이 형성되며, 제 1 MOS 트랜지스터(540)와 제 2 MOS 트랜지스터(540)는 공통 드레인 영역(560)과 공통 드레인 패드(590)를 공유한다.
그리고, 제 1 MOS 트랜지스터(540)는 제 1 게이트 전극(540b)과 제 1 소오스 영역(540c)을 포함한다. 또한, 제 2 MOS 트랜지스터(550)는 제 2 게이트 전극(550b)과 제 2 소오스 영역(550c)을 포함한다.
제 1 및 제 2 게이트 폴리 전극(540b)(550b)들은 제 1 및 제 2 게이트 라인(610)(620)의 일부가 각각 신장되어 형성된다. 또한, 제 1 및 제 2 게이트 라인(610)(620)은 게이트 폴리(600)를 각각 도면상에서 행방향으로 연결한다. 그리고, 제 1 및 제 2 게이트 라인(610)(620)은 도 4에 도시된 활성영역(530)을 중심으로 도면상의 행방향으로 평행하게 형성된다.
제 1 게이트 라인(610)과 제 2 게이트 라인(620)에는 동일한 게이트 구동신호가 전달되며, 게이트 구동신호는 제 1 및 제 2 게이트 라인(610)(620)과 게이트 폴리(600)를 통하여 제 1 및 제 2 게이트 폴리 전극(540b)(550b)에 전달된다.
제 1 및 제 2 소오스 영역(540c)(550c)은 제 1 및 제 2 소오스 라인(570)(580)에 각각 연결되어 있으며, 제 1 및 제 2 소오스 라인(540c)(550c)은 열방향으로 평행하게 형성된다. 또한, 제 1 및 제 2 소오스 라인(570)(580)에는 외부로부터 공통의 화상신호가 제공된다. 따라서, 외부의 화상신호는 제 1 및 제 2 소오스 라인(570)(580)을 통하여 제 1 및 제 2 소오스 영역(540c)(550c)에 각각 전달된다.
공통 드레인 영역(560)은 제 1 게이트 폴리 전극(540b)과 제 2 게이트 폴리 전극(550b)의 사이에 형성된다. 그리고, 공통 드레인 영역(560)은 공통 드레인 패드(590)와 연결되어 있으며, 공통 드레인 패드(590)는 박막형 광로조절장치의 하부전극(도시되지 않음)에 연결된다.
이와 같이, 외부의 화상신호는 제 1 및 제 2 소오스 라인(570)(580)들을 통하여 제 1 및 제 2 소오스 영역(540c)(550c)들에 전달되고, 게이트 구동신호는 제 1 및 제 2 게이트 라인(610)(620)들을 통하여 제 1 및 제 2 게이트 폴리 전극(540b)(550b)들에 전달된다.
그리고, 제 1 및 제 2 소오스 영역(540c)(550c)들에 도달한 화상신호는 제 1 및 제 2 게이트 폴리 전극(540b)(550b)들에 도달한 게이트 구동신호에 의해 스위칭되어 공통 드레인 영역(560)에 전달된다. 따라서, 공통 드레인 영역(560)에 도달한 화상신호는 공통 드레인 패드(590)를 통하여 하부전극에 전달된다.
도 4는 도 3에 도시한 장치를 B-B' 선으로 자른 단면도이다.
도 4를 참조하면, 절연기판(510)의 상부에는 필드 산화층(520)이 형성된다. 필드 산화층(520)은 절연기판(510)의 활성영역(530)을 한정한다. 활성영역(530)은 후술하는 제 1 및 제 2 MOS 트랜지스터(540)(550)들이 형성되며, 필드 산화층(520)이 형성되지 않는다.
그리고, 제 1 및 제 2 MOS 트랜지스터(540)(550)들은 공통 드레인 영역(560)과 공통 드레인 패드(590)를 공유한다.
제 1 MOS 트랜지스터(540)는 제 1 게이트 산화층(540a), 제 1 게이트 폴리 전극(540b) 및 제 1 소오스 영역(540c)을 포함하며, 제 2 MOS 트랜지스터(550)는 제 2 게이트 산화층(550a), 제 2 게이트 폴리 전극(550b) 및 제 2 소오스 영역(550c)을 포함한다.
제 1 및 제 2 소오스 영역(540c)(550c)의 상부에는 제 1 및 제 2 소오스 라인(570)(580)이 형성되며, 공통 드레인 영역(560)의 상부에는 공통 드레인 패드(590)가 형성된다. 이때, 제 1 및 제 2 소오스 라인(570)(580)과 공통 드레인 패드(590)는 서로 전기적으로 연결되지 않도록 형성된다. 그리고, 층간 절연층(630)은 제 1 및 제 2 소오스 라인(570)(580)과 제 1 및 제 2 게이트 라인(610)(620)이 전기적으로 연결되지 않도록 하고 제 1 및 제 2 게이트 폴리 전극(540b)(550b)을 보호하며 절연시킨다.
그리고, 층간 절연층(630)의 일측 상부에는 제 1 소오스 라인(570)이 형성되고, 층간 절연층(630)의 타측 상부에는 제 2 소오스 라인(580)이 형성된다.
그런데, 본 도면에서는 제 1 소오스 영역(540c)의 상부에 형성된 제 1 소오스 라인(570)과 층간 절연층(630)의 일측 상부에 형성된 제 1 소오스 라인(570)이 서로 연결되지 않는 상태로 도시되어 있으며, 제 2 소오스 영역(550c)의 상부에 형성된 제 2 소오스 라인(580)과 층간 절연층(630)의 타측 상부에 형성된 제 2 소오스 라인(580)이 서로 연결되지 않는 상태로 도시되어 있다.
그러나, 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 소오스 영역(540c)(550c)들의 상부에 형성된 제 1 및 제 2 소오스 라인(570)(580)들과 층간 절연층(630)의 일측과 타측의 상부에 형성된 제 1 및 제 2 소오스 라인(570)(580)들은 동일한 구성 부재이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 단위 화소에 공통의 화상신호와 공통의 게이트 구동신호가 전달되는 제 1 및 제 2 MOS 트랜지스터(540)(550)를 형성하여 소오스 라인 또는 게이트 라인중에 일부가 단선 또는 단락등에 의한 결함에 의해 소정의 MOS 트랜지스터, 예를 들러 제 1 MOS 트랜지스터(540)가 정상적으로 동작하지 않을 경우, 제 1 MOS 트랜지스터에 인가되는 신호를 차단하고, 제 1 MOS 트랜지스터(540)와 동일한 화상신호와 게이트 구동신호를 제 2 MOS 트랜지스터(550)에 인가시켜 박막형 광로조절장치를 정상적으로 동작시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치의 구동기판은 단위 화소에 2개의 MOS 트랜지스터를 형성함으로써 소정의 MOS 트랜지스터가 동작하지 않을 경우 동일한 화상신호와 동일한 게이트 구동신호가 전달되는 여분의 MOS 트랜지스터를 사용하여 박막형 광로조절장치를 정상적으로 동작시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, AMA 외곽 패드부에 인출되어 있는 제 1 MOS 트랜지스터/제 2 MOS 트랜지스터의 신호선을 회로계에서 공급되는 신호선과 절단/연결시킴으로써, AMA 가공 완료 후에도 라인 또는 포인트 형태의 딜 픽셀(deal pixel)들을 정상 동작시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명을 도면을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 절연기판(510)의 활성영역(530)을 한정하는 필드 산화층(520)과;
    상기 필드 산화층(520)에 의해 한정된 상기 활성영역(530)에 형성된 제 1 게이트 산화층(540a), 제 1 게이트 전극(540b) 및 제 1 소오스 영역(540c)을 포함하는 제 1 MOS 트랜지스터(540)와;
    상기 제 1 MOS 트랜지스터(540)와 동일 평면상에서 공통 드레인 영역(560)과 공통 드레인 패드(590)를 공유하며, 제 2 게이트 산화층(550a), 제 2 게이트 전극(550b) 및 제 2 소오스 영역(550c)을 포함하는 제 2 MOS 트랜지스터(550)와;
    상기 제 1 및 제 2 게이트 폴리 전극(540b)(550b)과 각각 접촉하며 형성되는 제 1 및 제 2 게이트 라인(610)(620)과;
    상기 제 1 및 제 2 소오스 영역(540b)(550b)과 각각 접촉하며 형성되는 제 1 및 제 2 소오스 라인(570)(580)과;
    상기 제 1 및 제 2 게이트 라인(610)(620)이 상기 제 1 및 제 2 소오스 라인(570)(580)과 전기적으로 연결되지 않도록 하고 상기 제 1 및 제 2 게이트 폴리 전극(540b)(550b)을 보호하며 절연시키는 층간 절연층(630)을 구비하는 박막형 광로조절장치의 구동기판.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 게이트 라인(610)과 제 2 게이트 라인(620)이 상기 활성영역(530)을 사이에 두고 도면상의 행방향으로 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 구동기판.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 게이트 라인(610)과 제 2 게이트 라인(620)에는 동일한 게이트 구동신호가 전달되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 구동기판.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 소오스 라인(570)과 제 2 소오스 라인(580)이 상기 활성영역(530)을 사이에 두고 도면상의 열방향으로 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 구동기판.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 소오스 라인(570)과 제 2 소오스 라인(580)에는 동일한 화상신호가 전달되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 구동기판.
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