KR100535863B1 - 광변조디바이스의제조방법및프로젝터 - Google Patents

광변조디바이스의제조방법및프로젝터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 난반사를 발생시키지 않는 광변조디바이스의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
내열성을 갖는 내열성 기판에, 조사광의 조사에 의해 박리를 발생시키는 박리층을 형성하는 박리층 형성공정(a)과, 박리층에 압전체층을 형성하는 압전체층 형성공정(b)과, 압전체층에 대해, 전극패턴을 형성하고, 미러 요소를 화소마다 형성하는 패턴형성공정(d)과, 능동소자요소가 화소마다 설치된 능동소자기판과 내열성 기판에 적층된 압전체층을 각 능동소자요소와 각 미러 요소가 대응하도록 전기적으로 접속하는 접속공정(e)과, 박리층에 대해, 내열성 기판측으로부터 조사광을 조사하여 박리층에 박리를 발생시키는 조사분리공정(g)을 구비한다.

Description

광변조디바이스의 제조방법 및 프로젝터
본 발명은, 프로젝터(projector) 등에 이용되는 광변조디바이스에 관한 것이고, 특히, 반사미러의 난반사(亂反射)를 방지할 수 있는 광변조디바이스의 제조방법에 관한 것이다.
종래에, 반사미러(reflecting mirror)에 의해 광변조를 행하는 광변조디바이스는, 반사미러와 구동기판을 서로 접합시킴으로써 제조되었다. 예컨대, 미국특허 제 4,441,791호에는, 반사미러막의 제조방법과 그 반사미러막을 이용한 광변조디바이스의 구조가 개시되어 있다. 이 문헌에 의하면, 반사미러막은, 우선 니트로셀룰로오스막을 수면에 흐르게 하여 형성하고 그물(mesh) 상의 스크린으로 이것을 끌어올려 금속막을 증착함으로써 제조되었다. 그러나, 이 기술에서는 단단한 기판상에 반사미러막이 형성되어 있지 않기 때문에, 물리적으로 변형이 없는 얇은 반사미러막을 구동소자기판의 적정한 위치에 부착한다는 것이 곤란하다고 생각된다. 반사미러막이 느슨한 상태로 구동소자기판에 부착되면, 조명광을 변조하는 경우에 불필요한 방향으로 반사되는 빛이 증가하고, 변조광과 비변조광의 콘트라스트(contrast)가 저하하는 동시에, 빛의 이용효율이 저하된다는 문제를 발생시킨다.
또한, 일본국 특개평 제 6-301066호 공보에는, 유리기판상에 미러어레이(mirror array)를 설치하고, 또한 수지층을 형성한 후, 기판으로부터 미러어레이와 함께 수지층을 박리(剝離)하여 작동기(actuator) 기판과 접합시키는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이 문헌에 개시되어 있는 기술은, 빛을 반사하는 막을 작동기어레이에 접합시키기 위한 기술이다. 작동기어레이를 구동시키기 위해서는, 구동소자기판을 작동기어레이에 접합시키는 공정이 더 필요하게 된다. 따라서, 광변조디바이스를 제조하는 방법이 복잡하게 된다는 문제점이 있다.
이러한 문제를 피하기 위해서는, 실리콘 등의 기판상에 반사미러를 형성한 후에, 반사미러의 변형부분을 창 형상으로 에칭 등으로 제거하여 광변조디바이스를 제조하는 것이 바람직하다고 생각된다. 즉, 반사미러가 느슨한 형상으로 형성되지 않는 단순한 구조의 광변조디바이스를 제공할 수 있다. 이와 같이 하여 제조한 광변조디바이스에 의하면, 표시에 필요한 조명광이 실리콘기판에 설치된 창을 통하여 입사하고, 반사미러에 의해 반사되어 다시 창을 통하여 사출된다.
그러나, 이와 같은 광변조디바이스를 고안한 것에서도, 빛이 난반사하여 투사(投寫) 화상의 밝기나 콘트라스트의 저하를 초래한다는 문제점이 발생한다. 기판에 창을 설치하는 구성에서는, 빛의 입사 및 사출이 기판에 설치된 창을 통하여 행하여지기 때문에, 반사광의 일부가 창의 측벽에 의해 차단되거나 난반사된다. 제조공정에서의 취급을 용이하고 안전하게 행하기 위해서, 기판에는 일정한 막두께(100㎛ 정도)가 필요하기 때문에, 측벽의 높이를 명확히 낮게, 즉 기판을 얇게 할 수도 없다. 최저한의 기판은 100㎛정도의 두께가 필요하기 때문에, 예컨대 창의 폭이 50㎛인 광변조디바이스에서는 창의 측벽이 폭의 2배의 높이로 되버린다. 이것으로는 반사미러의 주변부분에서 반사된 빛의 상당부분이 측벽에서 차단되거나 반사되어, 소위 난반사 상태로 된다. 난반사된 빛에 의거하여 화상을 표시하면, 빛의 양이 부족하기 때문에 투영화상의 밝기가 충분하지 않게 되어, 다른 화소로부터의 빛이 혼입하기 때문에 콘트라스트가 저하하게 된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 있어서의 광변조디바이스 제조방법 중 하나를 나타내는 도면;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 있어서의 광변조디바이스 제조방법 중 다른 하나를 나타내는 도면;
도 3은 제1실시예의 제조방법에 의해 제조된 광변조디바이스의 사시도;
도 4는 제1실시예의 광면조디바이스를 이용한 프로젝터의 광학계의 구조도;
도 5는 본 발명의 제2실시예에 있어서의 광변조디바이스 제조방법의 일부를 나타내는 도면;
도 6은 본 발명의 제3실시예에 있어서의 광변조디바이스 제조방법의 일부를 나타내는 도면; 및
도 7은 제4실시예의 프로젝터의 광학계의 구조도이다.
본 발명의 제 1 과제는, 난반사가 없고, 또한 느슨함이 없이 변형되기 쉽도록 반사미러를 형성하는 공정을 구비함으로써, 빛의 이용효율이 높은 광변조가 가능한 광변조디바이스의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 과제는, 난반사가 없고, 느슨함이 없이 변형도기 쉬운 반사미러를 구비함으로써, 명확한 콘트라스트가 우수한 투영화상이 얻어지는 프로젝터를 제공하는 것이다.
상기 제1 과제를 해결하는 발명은,
a) 내열성을 가지는 내열성 기판에, 조사광의 조사에 의해 박리를 발생시키는 박리층을 형성하는 박리층 형성공정과,
b) 박리층 형성공정에 의해 형성된 박리층 상에 압전체(예컨대 강유전성 또는 보통 유전성의 압전성 세라믹)에 의해서 빛을 반사할 수 있도록 구성된 반사미러층을 형성하는 반사미러층 형성공정과,
c) 능동소자(박막트랜지스터 등)가 화소영역에 대응되게 설치된 구동기판과 내열성기판에 적층된 반사미러층을, 화소영역 단위로 대응되게 전기적으로 접속하는(예컨대 능동소자의 출력은 제2의 전극박막에 접속된다) 접속공정과,
d) 박리층에 대해, 내열성 기판측으로부터 빛을 조사하여 그 박리층에 박리를 발생시키고 내열성 기판을 분리하는 조사분리공정을 구비한 광변조디바이스의 제조방법이다.
또한, 반사미러층은, 상기 압전체층 이외의 층이 형성되어도 좋다. 압전체층은 복수의 적층구조를 구비하고 있어도 좋다.
예컨대, 상기 반사미러층 형성공정은, 박리층 상에 제1전극박막을 형성하는 공정, 제1전극박막 상에 압전체박막을 형성하는 공정, 및 압전체박막 상에 제2전극박막을 형성하는 공정으로 구성된다. 여기에서, 제1전극박막을 광반사성이 있는 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 제1전극박막 또는 제2전극박막 중 적어도 한 쪽 막을 광반사성이 있는 재료로 형성하여도 좋다.
또한, 상기 반사미러층 형성공정은, 제2전극박막을 형성하는 공정 후에, 그 제2전극박막 및 압전체박막을 화소영역 단위로 전기적으로 독립시켜 패턴(patten)화(다른 전극과 분리되도록 사각형, 다각형 또는 원형으로 형성)하는 공정을 더 구비하여도 좋다. 구체적으로, 상기 제2전극박막 및 압전체박막을 패턴화하는 공정은, 그 제2전극박막 및 압전체박막을 다각형으로 패턴화한다. 또한 그 제2전극박막 및 압전체박막을 원형으로 패턴화하여도 좋다.
또한, 상기 접속공정은, 구동기판 또는 반사미러층 중 어느 한쪽에 접속용 전극(예컨대 금을 패턴화하여 제방형상(dyke shaped)으로 형성한 것을 이용한다)을 설치하는 공정과, 그 접속용 전극에 의해 구동기판과 반사미러층을 전기적으로 접속하는 공정을 구비한다. 구체적으로는, 상기 접속공정에서는, 금에 의해 접속용 전극을 형성한다.
상기 제 2 과제를 해결하는 프로젝터는, 본 발명의 제조방법에 의해 제조한 광변조디바이스를 구비한 프로젝터로서,
a) 광변조디바이스에 대략 수직인 방향으로부터 평행화된 조명광을 조사하는 조명광학계와,
b) 광변조디바이스에 있어서 능동소자에 의해 구동되는 화소영역으로부터의 반사광 또는 구동되지 않는 화소영역의 어느 한쪽을 차광하는 차광광학계와,
c) 차광광학계를 통과한 빛의 상을 맺히게 하여 표시상을 형성하는 표시광학계를 구비한 것을 특징으로 하는 프로젝터이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를, 도면을 참조하여 설명한다.
(제1실시예)
본 발명의 제1실시예는, 스크린에 화상을 투사하는 프로젝트에 사용되는 광변조디바이스의 제조방법에 관한 것이다.
도 1 및 도 2는, 본 제1실시예의 제조방법의 각 공정에 대한 기판의 구조도를 나타낸다. 이들 구조도는 1개의 기판상에 다수 형성하는 화소 중 일부를 광대하게 표시한 제조공정의 단면도이다.
박리층 형성공정(도 1의 (a)):
우선, 기판(10)에 박리층(광흡수층)(11)을 형성한다. 기판(10)은, 내부를 후술하는 조사광(12)(후술)이 투과가능한 것으로 한다. 조사광의 투과율은, 10% 이상인 것이 바람직하다. 투과율이 낮아지면, 조사광의 감쇠가 커지기 때문이다. 또한 기판(10)은 내열성이 있고 또 강도에 대한 높은 신뢰성을 구비한 재료일 필요가 있다. 본 실시예에서는, 열 어닐링(annealing) 공정(도 1의(c))에 있어서 기판 전체를 고온 환경하에 둘 필요가 있기 때문에, 이 온도에 대해 변성을 일으키지 않는 것으로 할 필요가 있다. 이 때문에, 본 실시예에서는 석영유리를 이용한다. 기판(10)의 두께는, 0.1mm∼5mm 정도, 바람직하게는 0.5mm∼1.5mm 정도로 한다. 기판이 너무 두꺼우면 조사광의 감쇠가 많아지게 되고, 너무 얇으면 기판의 강도가 저하되기 때문이다.
박리층(11)은, 조사광(12)을 흡수하고, 그 층내 또는 계면에 있어서 박리를 일으키게 된다. 즉, 박리층(11)은 조사광에 의해 구성물질의 원자간 또는 분자간의 결합력이 소실 또는 감소하여, 어블레이션(ablation) 등을 발생시키고, 박리를 일으키는 재료로 구성된다. 이와 같은 박리층(11)의 조성으로는, 비결정질 실리콘 (a-Si) 또는 다결정 실리콘을 이용할 수가 있다. 비정질 실리콘은, 본 실시예의 열 어닐링 공정에서 900℃ 정도의 열에 견디고, 또한 일정한 조사광에 대해 높은 흡수율을 나타내기 때문에, 박리층의 재료로서 바람직하기 때문이다. 그 이외에, 압전막을 열 어닐링할 때의 열에 견디고, 또 조명광의 에너지 집중에 의해 박리될 수 있는 산화물이나 금속 등을 박리층의 재료로서 사용할 수 있다. 예컨대, 산화티탄은, 석영으로 구성된 기판에 의해 충분히 굴절율이 높은 경우에는, 그 막두께에 의해 빛이 갇히게 되어 에너지의 집중이 가능해진다고 생각된다. 따라서, 조사광의 파장에 맞춰 빛을 가둘 수 있는 두께로 박리층을 형성하는 경우에는, 산화티탄을 박리층의 재료로서 사용할 수 있다고 생각된다.
박리층(11)의 두께로는, 10nm∼20㎛ 정도인 것이 바람직하고, 40nm∼2㎛ 정도인 것이 더욱 바람직하다. 박리층의 두께가 너무 얇으면, 형성된 막두께의 균일성을 잃게되어 박리가 불균일하게 되기 때문이고, 박리층의 두께가 너무 두꺼우면, 박리에 필요한 조사광의 파워(광량)를 크게 할 필요가 있으며, 또한, 박리후에 남은 박리층의 잔유물을 제거하는 데에 시간이 필요하기 때문이다.
박리층(11)의 형성방법은, 균일한 두께로 박리층을 형성하는 것이 가능한 방법이면 좋고, 박리층의 조성이나 두께 등의 모든 조건에 따라서 적당히 선택되어질 수 있다. 박리층의 조성이 비결정질 실리콘인 경우에는 CVD법에 의해 막을 형성하는 것이 좋다. 이 외의 조성의 막에 대해서는 스퍼터링법이나 증착법 등 일반적인 박막형성방법을 이용할 수가 있다.
또한, 도 1 및 도 2에는 도시되어 있지 않지만, 박리층(11) 상에 중간층을 형성하여도 좋다. 중간층은, 예컨대 제조시 또는 사용시에 있어서 피전사층을 단열하는 보호층으로서 성분의 이동(migration)을 방지하는 배리어(barrier)층으로서 기능을 하는 것이다. 이 중간층의 조성은, 그 목적에 따라서 적당히 선택된다. 예컨대 비결정질 실리콘으로 구성된 박리층과 피전사층 사이에 형성되는 중간층의 경우에는, SiO2 등의 산화규소를 들 수 있다. 다른 중간층의 조성으로는, 예컨대 Au, W, Ta, Mo, Cr, Ti 또는 이들을 주성분으로 하는 합금과 같은 금속을 들 수 있다. 중간층의 두께는, 그 형성목적에 따라서 적당히 결정된다. 통상은, 10nm∼5㎛ 정도인 것이 바람직하고, 40nm∼1㎛ 정도인 것이 보다 바람직하다. 중간층의 형성방법으로는, 상기 박리층에서 설명한 각종 방법이 적용가능하다. 중간층은, 1층으로 형성하는 것 외에, 동일 또는 다른 조성을 갖는 복수의 재료를 이용하여 2층 이상으로 형성할 수 있다. 도 3에서는, 중간층으로서 이산화규소에 의한 투명 유전체막(309)을 설치한다.
압전체층 형성(도 1의(b)):
박리층(11) 상에, 공통전극막(300)과 압전막(301)을 적층한 압전체층(반사미러층)(3)을 형성한다. 단, 압전체층(3) 중 미러전극막(302)은, 열 어닐링에 의한 특성열화를 방지하기 위해, 열 어닐링 공정 후에 형성된다. 공통전극막(300)의 조성은, 도전성이 있어서 특성이 경년변화되기 어렵고, 제조공정에 있어서의 열에 대한 내성이 높은 것, 예컨대 Pt 등의 금속이 바람직하다.
압전막(301)으로는, 전압의 인가에 의해 형상이 신축하는 소재를 이용한다. 강유전성의 전압성 세라믹이 바람직하고, 지르코늄산티탄산연(Pb(Zr,Ti)O3:PZT), 티탄산연란탄((Pb,La)TiO3), 지르코늄산연란탄((Pb,La)ZrO3:PLZT) 또는 마그네슘니오브산지르코늄산티탄산연(Pb(Mg,Nb)(Zr,Ti)O3:PMN-PZT) 등을 사용한다. 압전막의 형성방법은, 스퍼터법이나 졸(sol)겔(gel)법에 의한다. 압전막의 두께는, 필요한 체적변화의 크기에 따라 다양하게 변경가능하지만, 0.8㎛ 정도 두께의 압전막을 형성할 수 있다.
또한, 공통전극막(300)의 형성 후, 공지의 패턴형성기술을 이용하여, 공통전극의 패턴형성을 행하여도 좋다.
열 어닐링 공정(도 1의 (c)):
이어서, 압전체로서 기능하는 결정구조를 형성하기 위해 열 어닐링 처리를 행한다. 기판(10) 상에 형성한 압전체층(3)을 노(爐)에 집어넣고, 기판전체를 가열한다.
패턴형성(도 1의 (d)):
열 어닐링 처리후, 미러전극막(302)이 압전막(301) 상에 형성된다. 미러전극막(302)의 조성은, 도전성이 있어서, 특성이 경년변화되기 어렵고, 제조공정에서의 열에 대한 내성이 높은 것이 바람직하다. 예컨대, Pt, Ti, Al, Ag 등의 금속박막을 이용한다.
미러전극막(302)에 대해서는, 공지의 패턴형성기술, 예컨대 포토리소그래피법을 적용하여, 패턴형성을 행한다. 즉, 레지스트도포, 마스크, 노광, 현상 및 에칭 등의 처리를 행하여, 원하는 전극패턴을 형성한다. 이 패턴형성에 있어서, 각 화소에 남는 전극부분이 반사미러인 미러요소(307)로 된다. 미러 요소(307)는, 반사미러로서 충분히 조명광을 반사할 수 있는 형상 및 면적으로 형성한다. 미러 요소(307)의 미러전극막(302)측의 전극면적은 공통전극막(300)측의 전극면적보다 작게 되도록 패턴형성한다. 미러전극막(302)의 패터형성 후에는 압전막(301)에 전압을 인가하여 막에 수직한 방향으로 분극처리를 행한다.
미러 요소(307)의 변형방향에 대해서 설명한다. 상기한 바와 같은 분극처리가 이루어진 압전막에 구동전압을 인가하면, 분극방향과 인가 전계(電界)의 방향을 따라 압전막이 내면으로 수축한다. 이 때 공통전극막(300)은 범프(bump)(308)에서 물리적으로 구속되고, 미러전극막(302)은 일부를 제외하고 구속되지 않는다. 이 때문에, 압전막을 포함한 미러 요소(307)는, 도 2의 (g)에 있어서 상측으로 볼록하도록 변형된다.
미러전극막(302)에 대한 패턴형성 후, 박막트랜지스터(205)의 드레인 전극에 형성된 미러전극접속후막(207)(후술)과의 전기적인 접속을 행하는 전극접속부인 범프(308)의 형성을 행한다. 범프(308)는 미러 요소(307)의 일부에 형성된다. 범프(308)는 극히 작은 면적으로 박막트랜지스터의 드레인에 접속되기 때문에, 접촉저항이 작고, 표면이 산화하기 어려운 소재, 예컨대, 금(Au)으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한 범프(308)와 미러전극막(302)과의 밀착성을 향상시키기 위해서, 미러전극막 상에 금속막을 한층 형성하여 금의 범프를 형성하여도 좋다. 압전체층(3)과 박막드랜지스터 기판(2)과의 거리는, 조사광(12)의 조사에 의한 열이 박막트랜지스터(205)에 전달되기 어려운 거리로 할 필요가 있다. 따라서, 범프(308)의 미러전극막(302)으로부터의 높이는, 이 높이와 미러전극접속후막(207)의 높이의 합계가 이러한 조건을 충족하도록 설정한다.
접속공정(도 2의 (e)):
이어서, 박막트랜지스터 기판(2)과 기판(10)에 형성된 압전체층(3)을 전기적으로 접속한다. 박막트랜지스터(TFT) 기판(2)은, 통상의 액정디스플레이장치에 빈번하게 이용되는 박막트랜지스터의 배열구조를 갖는다. 이 제조방법도 종래의 방법에 따른다. 즉, 박막트랜지스터 기판(2)은, 유리나 석영 등의 기판(200) 상의 화소영역마다, 박막트랜지스터(205), 신호드라이버(201), 주사드라이버회로(203) 및 배선(202),(204)이 형성되어 있다. 또한, 각 박막트랜지스터의 블록(트랜지스터요소)(208) 중 박막트랜지스터(205)의 드레인전극(206)에는, 압전체층(3)의 범프(308)에 전기적으로 접속되는 미러전극접속후막(207)이, 도금법 등에 의해 20㎛정도의 두께로 형성된다.
박막트랜지스터 기판(2)과 기판(10)에 적층된 압전체층(3)은 압착되어, 서로 접속된다. 압착을 확실하게 행하기 위해서, 가열된 환경하에서 열압착이 실행된다. 이 압착에 의해, 범프(308)와 미러전극접속후막(207)과의 접합부가 합금화하므로, 접속저항을 작게 하고, 접속강도를 높일 수 있다.
조사공정(도 2의 (f)):
박막트랜지스터 기판(2)과 압전체층(3)을 접속한 후, 빛(12)을 기판(10)의 내부측으로부터 박리층(11)을 향해서 조사한다. 빛(12)은, 기판(10)을 투과하고, 박리층(11)에 스폿(spot)(13)으로서 조사된다. 이로 인해, 기판(10)과 박리층(11)의 계면에 있어서, 또는 박리층(11)의 층내에 있어서, 원자간 또는 분자간의 결합력이 감소 또는 소멸한다. 빛(12)의 조사시, 박리층(11)의 조성에는 어블레이션이 발생하고, 또한, 박리층(11) 내부의 가스의 방출, 빛(12)에 의한 융해, 증산(蒸散) 등의 상변화가 발생하는 것으로 추측된다.
빛(12)으로는, 박리층(11)에 효과적인 층내박리 또는 계면박리를 발생시키는 것이면 좋다. 특히, 어블레이션을 발생시키기 쉽다는 점에서, 레이저광이 바람직하다. 예컨대, 파장 248nm 또는 308nm의 엑시머 레이저(excimer laser)광을 이용한다. 레이저광의 종류나 파장은, 박리층(11)에 어블레이션을 발생시키는데 있어서, 파장의존성이 있는지, 가스방출, 기화, 승화 등의 상변화를 발생시켜서 분리시키는지 등을 고려하여 결정한다.
또한, 조사되는 레이저광의 에너지 밀도는, 엑시머 레이저광의 경우, 10∼5000mJ/㎠정도, 조사시간은 1∼1000nsec 정도, 바람직하게는 10∼100nsec 정도로 한다. 에너지 밀도가 너무 낮거나 조사시간이 너무 짧아지면, 충분한 어블레이션을 발생시킬 수가 없다. 한편, 에너지 밀도가 너무 높거나 조사시간이 너무 길어지면, 박리층(11) 및 압전체층(3)에 악영향을 미치는 것 이외에, 박막트랜지스터(205)를 파괴할 우려가 있다. 또한 조사광(12)이 균일한 강도로 조사된다면, 조사시의 입사각은 수직이지 않아도 된다. 또한 박리층(11)의 전 영역에 조사하기 위해서는, 여러번으로 나누어 조사광을 조사하거나, 동일 개소에 2회 이상 조사하여도 좋다. 더욱이, 조사하는 영역에 따라서 레이저광의 종류, 그 파장 등을 다르게 하여도 좋다.
분리공정(도 2의 (g)):
빛을 조사한 후, 기판(10)을 압전체층(3)으로부터 떼어지도록 힘을 가하면, 박리층(11)에서 기판(10)이 분리된다. 압전체층(3)의 공통전극층(300)측에는, 박리층(11)의 잔류물이 부착되어 있으므로, 세정, 에칭, 애싱(ashing), 연마 등의 방법을 이용하여 이를 제거한다. 또한 분리한 기판(1)은, 석영 등의 고가인 재료를 이용하기 때문에, 새로운 광변조디바이스의 제조를 위해 재이용된다.
도 3은, 상술한 바와 같은 제조방법에 의해 제조된 광변조디바이스의 구조를 설명하는 사시도를 나타낸다. 구조의 이해를 용이하게 하기 위해서, 설명의 편의상, 압전체층(3)과 박막트랜지스터(TFT) 기판(2)을 분리하여 도시하고 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 있어서의 광변조디바이스는, 미러 요소(307)가 배열된 압전체층(3)과, 각 미러 요소를 구동하는 박막트랜지스터요소(208)가 배치된 박막트랜지스터기판(2)이 전기적으로 접속된 구조로 되어 있다. 압전체층(3)은, 본 실시예의 제조방법에 의해 형성된 공통전극막(300), 압전막(301) 및 미러전극막(302)으로 구성된다. 또한, 도 3에서는 압전체층(3)을 보호하는 기능도 겸비한, 박리공정의 상기 중간층으로서의 투명유전체막(309)을 설치한 경우를 나타내고 있다.
박막트랜지스터(2)에는, 신호드라이버(201) 및 주사드라이버회로(203)가 형성되어 있다. 신호드라이버회로(201)는, 화상의 수평방향(X축방향)의 온·오프 정보에 따라서 스위칭신호를 각 박막트랜지스터(205)의 소스(source)에, 배선(202)을 통하여 공급가능하게 구성되어 있다. 주사드라이버회로(203)는, 표시장치로부터 공급되는 화상의 수직방향(Y축방향)의 온·오프 정보에 따라서 스위칭신호를, 각 박막트랜지스터(205)의 게이트(gate)에, 배선(204)을 통하여 공급가능하게 구성되어 있다. 박막트랜지스터(205)의 드레인전극(206)에 발생한 구동전압은, 미러전극접속후막(207)을 통하여 각 미러 요소(307)의 미러전극막(302)에 공급된다.
상기 광변조디바이스의 구성에 있어서, 박막트랜지스터(205)로부터 구동전압이 공급되면, 이에 대응하는 미러 요소(307)의 미러전극막(302) 및 공통전극막(300) 사이에 전위차가 발생하고, 압전막(301)이 면내(面內)방향으로 수축하여, 미러 요소가 도 3의 상방으로 변형된다. 즉, 구동전압이 공급되는 미러 요소(307)에서 반사면이 볼록면인 거울로 되고, 그 초점은 미러 요소(307)의 내면으로 된다. 이 때문에 입사된 조명광(305)은 그 볼록면 거울에 의한 반사에 의해 넓어진 빛을 가지는 반사광(306)으로 된다. 한편, 구동전압이 공급되지 않는 미러 요소(307)로는 반사면이 평면인 거울로 하기 때문에 반사광(306)이 평행하게 반사된다. 단, 미러 요소가 볼록형상으로 변형하거나 오목형상으로 변형하는 것은 압전막의 분극방향과 인가되는 전계(電界)의 방향에 의존한다. 그러나, 그 광변조디바이스를 이용한 프로젝터는, 광변조디바이스의 변형의 양태에 맞추어 구성될 필요가 있다.
도 4는, 본 실시예의 제조방법에 의해 제조된 광변조디바이스(볼록형상으로 변형한 경우)를 이용한 프로젝터의 구성도를 단면으로 나타낸 것이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 광원(41)인 메탈할라이드 램프(metal halide lamp)로부터 나온 빛은 포물면(parabolic face) 형상의 리플렉터(reflector)(42)에서 반사되고, 대략 평행한 광선으로 변환되며, 하프(half)미러(43)에서 편향되어, 본 실시예에 의한 광변조디바이스(44)로 입사한다. 광변조디바이스(44)의 구동전압이 공급되지 않는 미러요소(441)에서는, 반사광(306)이 평행하게기 때문에, 하프미러(43)를 통하여 렌즈(45)에 집광되어, 미소(微小)미러(46)로 입사한다. 미소미러(46)는, 반사면이 광축에 대해 일정한 각을 가지고 있기 때문에, 입사된 빛이 모두 반사되어, 스크린(49)에 도달하지 않는다.
한편, 구동전압이 공급되어 변형되는 미러(442)에서는, 반사광(306)이 볼록면 거울의 초점(48)으로부터 빛이 출사되도록 발산하는 빛으로 한다. 따라서, 이 빛은 렌즈(45)를 통과하고, 미소 미러(46)의 주위를 통과하며, 투사렌즈(47)를 통해, 스크린(49)에 상을 맺게 한다. 즉, 광변조디바이스(44)에 공급되는 화상신호에 따라 조사광(305)이 변조되고, 스크린(49)에 화상신호에 따른 표시가 행해진다. 이 때, 조명광(305)의 입사하는 면에는, 격벽(隔璧)이나 기판이 존재하지 않기 때문에, 반사광(306)이 산란되는 일이 없고, 투영되는 화상이 어두워지거나, 다른 화소의 위치에 투사되는 일이 없다.
상기한 바와 같이, 제 1 실시예에 의하면, 기판상에 박리층을 통해서 압전층을 형성했기 때문에, 박리층에 있어서 기판을 박리한 후의 미러 요소에 대한 빛의 입사면에는, 격벽 등의 빛을 차단하는 장해물이 존재하지 않는다. 따라서, 장해물에 의해 산란되는 일이 없기 때문에, 투영되는 화상을 밝게 할 수 있다. 또한, 장해물에 의한 산란이 없기 때문에, 콘트라스트가 저하하는 일도 없다. 또한, 압전체층에 대해 열 어닐링 처리를, 박막트랜지스터기판과 접속하기 전에 행하기 때문에, 박막트랜지스터 등에 악영향을 미치지 않는다.
(제2실시예)
본 발명의 제2실시예는, 제1실시예와 다른 패턴형성방법 및 접속방법을 제공한다.
도 5는, 본 제2실시예에 있어서의 광변조디바이스의 제조방법의 일부를 나타낸다. 본 실시예에 있어서 박리층형성공정(도 1의 (a))에서부터 열 어닐링 공정(도 1의 (c))까지, 그리고 조사공정(도 2의 (f))에서부터 분리공정(도 2의 (g))까지는, 상기 제1실시예와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
패턴형성공정(도 5의 (d)):
미러전극막(302)에 대한 패턴형성에 관해서는, 상기 제1실시예와 마찬가지이다. 미러전극막(302)에 대한 패턴형성 후, 박막트랜지스터(205)의 드레인전극과의 전기적인 접속 때문에, 제1실시예의 범프(308) 대신에, 미러 요소(307)의 일부에 드레인전극접속후막(310)의 형성을 행한다. 드레인전극접속후막(310)은, 도금법 등의 공지기술에 의해 형성된다. 도금에 관한 금속으로는, 접촉저항이 작고, 표면이 산화하기 어려운 소재, 예컨대 금(Au)이 바람직하다. 드레인전극접속후막(310)의 높이는, 압전체층(3)과 박막트랜지스터 기판(2) 사이에 필요한 거리(상술)로 균등하게 한다.
접속공정(도 5의 (e)):
박막트랜지스터 기판(2)에서의 트랜지스터요소의 드레인전극(206)과 미러전극(302) 상에 형성된 드레인전극접속후막(310)을 전기적으로 접속한다. 본 실시예에서 이용하는 박막트랜지스터(TFT) 기판(2)에는, 제1실시예에서의 미러전극접속후막(207)을 설치하지 않는다. 박막트랜지스터 기판(2)과 기판(10)에 적층된 압전체층(3)과의 접속은, 상기 제1실시예와 마찬가지로 행하여진다.
본 제2실시예에 의하면, 압전체층(3)에 접속후막을 형성함으로써도, 본 발명의 효과를 구비한 제조방법에 의한 광변조디바이스를 제공할 수 있다.
(제3실시예)
본 발명의 제3실시예는, 제2실시예와는 다르며, 박막트랜지스터 기판측에만 접속후막을 형성한 것이다.
도 6은, 본 제3실시예에 있어서의 광변조디바이스의 제조방법의 일부를 나타낸다. 본 실시예에 있어서 박리층 형성공정(도 1의 (a))에서부터 열 어닐링 공정(도 1의 (c))까지, 그리고 조사공정(도 2의 (f))에서 분리공정(도 2의 (g))까지는, 상기 제1실시예와 마찬가지이므로 그 설명을 생략한다.
패턴형성공정(도 6의 (d)):
미러전극막(302)에 대한 패턴형성에 관해서는, 상기 제1실시예와 마찬가지이다. 단 미러요소(307)의 미러전극(302)에는 범프(308)를 설치하지 않는다.
접속공정(도 6의 (e)):
본 실시예에서는, 박막트랜지스터 기판(2)의 트랜지스터요소(205)에서의 드레인 전극(206)에, 미러요소(307)과의 전기적인 접속을 위해서, 미러전극접속후막(210)의 형성을 행한다. 이 미러전극접속후막(210)은, 제1실시예의 미러전극접속후막(207) 보다 그 높이가 높다. 이 높이는, 압전체층(3)과 박막트랜지스터 기판(2) 사이에 필요한 거리(상술)로 균등하게 한다. 후막의 형성방법에 대해서는 제1실시예와 마찬가지이다.
본 제3실시예에 의하면, 박막트랜지스터 기판에만 접속후막을 형성함으로써도, 본 발명의 효과를 구비한 제조방법에 의한 광변조디바이스를 제공할 수 있다.
(제4실시예)
상기 제1실시예에서 나타낸, 볼록형상으로 변형하는 광변조디바이스를 이용한 표시장치 대신에, 오목형상으로 변형하는 광변조디바이스를 이용한 프로젝터의 구성에 관한 것이다.
도 7에, 본 프로젝터의 구성을 설명하는 단면도를 나타낸다. 이 도면은 조사광의 광축을 따라서 광학부품을 절단한 단면을 나타낸다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 표시장치는, 광변조디바이스(60), 광원(61), 리플렉터(62), 수렴(converging lens)렌즈(63), 미소미러(64), 시준(collimating lens)렌즈(65) 및 투영렌즈(66)를 구비한다. 광변조디바이스(60)는, 제1실시예 내지 제3실시예에서 제조된 광변조디바이스를 적용할 수 있다. 단 빛의 입사측에서 보았을 때, 미러 요소는 오목형상으로 변형하도록 하는 구조로 될 필요가 있다. 광변조디바이스(60)는, 전압의 인가에 의해 반사면이 오목형상으로 변형한다. 따라서, 변형되는 미러 요소(602)에서 반사된 반사광은, 광변조디바이스(60)에서 보았을 때 시준렌즈측에 초점(603)이 있다.
이어서, 본 실시예의 표시장치에 있어서의 광변조의 작용에 대해서 설명한다. 광원(61)으로부터 나온 조명광(18)은, 리플렉터(62)에서 반사되어, 수렴렌즈(63)에서 미소미러(64)의 위치에 집광된다. 미소미러(64)는 광축에 대하여 45°기울여져 배치되기 때문에, 조명광(18)은 발산하면서 시준렌즈(65)로 입사한다. 시준렌즈(65)는, 이 조명광(18)을 평행한 빛으로 변환하고, 광변조디바이스(60)에 수직하게 입사하게 한다.
광변조디바이스(60)를 구성하는 미러요소 중 변형되지 않는 미러(601)는 반사면이 평탄하기 때문에, 그 반사광(191)은 평행광인 채로 시준렌즈(65)로 되돌아 간다. 그리고 미소미러(64)에 집광되고 반사되어, 투영렌즈(66)에는 도달할 수가 없게 된다. 따라서, 스크린(67)에는 그 화소가 표시되지 않는다. 미소미러(64)의 반사면의 크기는, 모든 미러 요소가 변형되지 않는 평면 거울로서 작용할 때의 광변조디바이스(60)로부터의 반사광(191)을 모두 차광할 수 있을 정도의 최소한의 크기로 한다.
한편, 변형되는 미러(602)는 오목면 거울로서 작용하기 때문에, 그 반사광(192)은, 초점(603)을 지나서 시준렌즈(65)에 입사한다. 이 반사광(192)은, 시준렌즈(65)에 의해 거의 평행한 빛으로 변환되고, 일부는 미소미러(64)에 차폐되지만, 미소미러(64)의 주위를 통과하는 빛은 투영렌즈(66)에 이르러 스크린(67)에 상을 맺게 한다.
이상의 구성에 의해, 광변조디바이스(60)를 구성하는 모든 미러 요소가 변형하지 않는 경우에는, 모든 반사광(191)이 미소미러(64)에서 반사되어 스크린(67)에 이르지 않기 때문에, 스크린(67) 상의 표시가 검은색으로 된다. 한편, 표시하고 싶은 화상에 따라 선택된 미러 요소(602)로부터의 반사광(192)은, 스크린(67)에 투영되기 때문에, 스크린(67) 상에는 검은색 바탕에 흰색으로 화상이 표시된다.
또한, 컬러표시를 행하는 데에는, 종래부터 알려져 있는 바와 같이, 리플렉터(62)와 수렴렌즈(63) 사이에 적, 녹, 청의 3색으로 칠하여 나누어진 회전하는 원반형 필터를 삽입하는 구성, 또는 광변조디바이스(60)를 구성하는 미러 요소의 표면에 각각 적, 녹, 청의 컬러필터층을 형성하는 구성 등이 응용될 수 있다.
투영렌즈(66)의 기능에 의해서, 프로젝션 디스플레이나 비디오카메라의 뷰파인더(view-finder) 또는 헤드마운트 디스플레이 등 다양한 표시장치를 구성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 제 4실시예에 의하면, 난반사가 없고, 빛의 이용효율이 우수한 본 발명의 광변조디바이스를 구비하고, 또한 하프미러와 같이 빛을 감쇠시키는 요소도 없기 때문에, 명확하고 콘트라스트가 우수한 투영화상이 얻어진다.
(그 이외의 변형예)
본 발명은, 상술한 발명의 각 실시예에 한정되지 않고, 다양한 변형으로 적용이 가능하다. 예컨대, 압전체막의 구조, 조성, 막 두께에 관해서는 상기 실시예에 한정되지 않고, 다른 구조 등으로 형성하여도 좋다. 압전체층의 보호와 박리시에 중간층을 겸비하는 투명유전체막을 형성할 건지 안할건지는, 압전체의 성질에 따라서 임의로 정할 수 있다. 또한, 공통전극막 표면의 투명보호막은, 기판을 박리하는 공정이 종료한 후에 다시 형성하여도 좋다.
또한, 미러 요소(307)의 형상은, 도 3에 나타내는 바와 같이 사각형 이외에, 다각형, 원형 및 타원 등의 다양한 형상으로 고려될 수 있다. 즉, 임의의 전극형상이 되도록 마스킹하여 하여금 전극의 패터닝을 행함으로서, 전극형상을 변경하는 것이 가능하다.
또한, 미러 요소(307)의 배열로서는, 도 3에 나타낸 2차원적 배열 이외에, 미러 요소가 일렬로 나란하게 된 일차원적 배열로 하여도 좋다.
또한, 프로젝터 장치의 광학적 구성에 관해서는, 도 4 및 도 7에 한정되지 않고, 화소가 유효한지 무효한지에 따라서 빛의 상태가 다른 반사광을 이용하여, 화소의 투영이 가능한 구성이라면 본 발명의 적용이 가능하다.
본 발명의 광변조디바이스의 제조방법에 의하면, 반사미러층을 형성할 때의 토대가 되는 기판이 박리되고, 반사미러층만이 남게됨으로서, 기판을 구비한 경우에 발생하는 반사광의 차단, 난반사가 없는 광변조디바이스를 제조할 수 있다. 또한, 반사미러의 형성이 기판상에서 행해지기 때문에 정상시에 거울면에 느슨함이 생기지 않도록 반사미러를 형성할 수 있다. 또한, 반사미러의 변형을 방지하도록 기판이 박리되어 버리므로, 화소밀도가 높은 광변조디바이스를 제조할 수 있다. 그 제조방법에 의해 제조되는 광변조디바이스는 빛의 이용효율이 우수하고, 그 광변조디바이스를 이용한 프로젝터는, 명확하고 콘트라스트가 우수한 투영화상을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 광변조디바이스의 제조방법에 의하면, 내열성을 갖는 내열성 기판에, 박리층, 반사미러층이 형성되고, 반사미러층에 대해서 패턴이 형성되고, 구동기판과 반사미러층이 접속된 후, 조사분리공정에 의해, 박리층에 박리를 발생시켜서 내열성 기판을 분리한다. 따라서, 이러한 공정에 의해서, 구동기판에 반사미러층 형성시에 열에 의한 악영향을 미치지 않는 광변조디바이스가 제공될 수 있다.
본 발명의 프로젝터에 의하면, 난반사가 없고, 또한 느슨함이 없는 변형이 용이한 반사미러를 구비함으로서, 명확하고 콘트라스트가 우수한 투영화상이 얻어진다.

Claims (10)

  1. 내열성을 가지는 내열성 기판에, 조사광의 조사에 의해 박리를 발생시키는 박리층을 형성하는 박리층 형성공정;
    상기 박리층 형성공정에 의해 형성된 박리층 상에 압전체에 의해서 빛을 반사할 수 있도록 구성한 반사미러층을 형성하는 미러층 형성공정;
    능동소자가 화소영역에 대응되게 설치된 구동기판과 상기 내열성 기판에 적층된 상기 반사미러층을 화소영역 단위로 대응시켜서 전기적으로 접속하는 접속공정; 및
    상기 박리층에 대해, 상기 내열성 기판측으로부터 빛을 조사하여 상기 박리층에 박리를 발생시키고 상기 내열성 기판을 분리하는 조사분리공정을 구비한 것을 특징으로 하는 광변조디바이스의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사미러층 형성공정은, 상기 박리층 상에 제1전극박막을 형성하는 공정, 상기 제1전극박막 상에 압전체박막을 형성하는 공정, 및 상기 압전체박막 상에 제2전극박막을 형성하는 공정에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 광변조디바이스의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1전극박막 또는 상기 제2전극박막 중 적어도 한쪽 전극박막을 광반사성이 있는 재료로 형성하는 것을 특징으로 하는 광변조디바이스의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 반사미러층 형성공정은, 상기 제2전극박막을 형성하는 공정 후에, 상기 제2전극박막 및 상기 압전체박막을 화소영역 단위로 전기적으로 독립시켜서 패턴화하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광변조디바이스의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2전극박막 및 상기 압전체박막을 패턴화하는 공정은, 상기 제2전극박막을 다각형으로 패턴화하는 것을 특징으로 하는 광변조디바이스의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제2의 전극박막 및 상기 압전체박막을 패턴화하는 공정이, 상기 제2전극박막을 원형으로 패턴화하는 것을 특징으로 하는 광변조디바이스의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 접속공정은, 상기 구동기판 또는 상기 반사미러층 중 어느 한쪽에 접속용 전극을 설치하는 공정과, 상기 접속용 전극에 의해 상기 구동기판과 상기 반사미러층을 전기적으로 접속하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 광변조디바이스의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 접속공정은, 상기 구동기판 및 반사미러층 양쪽에 접속용 전극을 설치하는 공정과, 이들 접속용 전극에 의해 상기 구동기판과 상기 반사미러층을 서로 전기적으로 접속하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 광변조디바이스의 제조방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 접속공정이, 금에 의해 상기 접속용 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 광변조디바이스의 제조방법.
  10. 제1항에 기재된 제조방법으로 제조된 광변조디바이스를 구비한 프로젝터로서,
    상기 광변조디바이스에 수직한 방향으로부터 평행화된 조명광을 조사하는 조명광학계, 상기 광변조디바이스에 있어서 상기 능동소자에 의해 구동되는 화소영역으로부터의 반사광 또는 구동되지 않는 화소영역 중 어느 한 쪽을 차광하는 차광광학계, 및 상기 차광광학계를 통과한 빛을 상이 맺히게 하여 표시상을 형성하는 표시광학계를 구비한 것을 특징으로 하는 프로젝터.
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