KR100610606B1 - 미세 광변조기를 이용한 표시소자의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광경로를 개폐하여 화상을 표시하는 표시소자에 적합한 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 광변조기를 이용한 표시소자의 제조방법은 기판 상에 전도체물질을 전면 형성하는 단계와, 전도체물질을 패터닝함으로써 고정부재를 형성하는 단계와, 고정부재가 덮이게끔 소정 두께의 희생층을 상기 기판 상에 전면 형성하는 단계와, 희생층 상에 탄성 복원력이 큰 탄력층과 전도체물질을 전면 형성하는 단계와, 고정부재의 양변에 중첩되게끔 희생층 상의 탄력층과 전도체물질을 패터닝함으로써 가동부재를 형성하는 단계와, 희생층을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 광변조기를 이용한 표시소자의 제조방법은 광경로를 개페하는 고정부재들과 가동부재들이 설치되는 표시소자의 제조방법에 적합하게 된다.

Description

미세 광변조기를 이용한 표시소자의 제조방법{Method Of Fabricating Display Device Using Micro Light Modulator}
도 1a 및 도 1b는 종래의 광변조기를 이용한 표시소자를 나타내는 단면도.
도 2는 도 1a 및 도 1b에 도시된 리본들을 상세히 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표시소자의 한 화소셀의 구성을 나타내는 평면도.
도 4a는 도 3에서 선 "A-A'"을 따라 절취하여 나타내는 화소셀의 단면도.
도 4b는 도 3에서 선 "B-B'"을 따라 절취하여 나타내는 화소셀의 단면도.
도 5a 및 도 5b는 도 3에 도시된 표시소자의 동작을 나타내는 도면.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시소자의 제조방법을 단계적으로 나타내는 도면.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시소자의 제조방법을 단계적으로 나타내는 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 리본 2,13,23,33 : 기판
11,21,31 : 가동부재 12,22,32 : 고정부재
22a,25a,32a,35a : 전극물질 25,35 : 전극층
26,36 : 탄력층 26a,36a : 탄력층물질
33a : 보호막
본 발명은 광빔을 변조하여 화상을 표시하기 위한 표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 광경로를 개폐하여 화상을 표시하는 표시소자에 적합한 제조방법에 관한 것이다.
차세대 표시장치로서 각종 평판 표시소자(Flat Panel Display Device)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 평판 표시소자에는 이미 일반화된 액정디스플레이(Liquid Crystal Display : 이하 "LCD"라 함)와, 가스방전을 이용하는 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel : 이하 "PDP"라 함) 등이 있다. LCD는 시야각이 좁고 응답속도가 느릴뿐 아니라 반도체 제조공정으로 스위치소자인 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하 "TFT"라 함)와 전극 등을 형성하게 되므로 제조 공정이 복잡한 단점이 있다. PDP는 방전 및 발광효율이 낮고 고가인 단점이 있다. 이러한 평판 표시장치의 문제점들을 해결하기 위한 연구가 꾸준히 진행되고 있고, 이러한 문제점들이 최소화될 수 있는 새로운 표시소자 개발이 함께 진행되고 있다.
최근에는 극초미세 가공기술인 마이크로 일렉트로메커니컬 시스템(Micro Electromechanical System : 이하 "MEMS"라 함)을 이용하여 화소셀(Pixel)마다 미세한 광변조기를 형성하여 화상을 표시할 수 있는 표시소자가 제안된 바 있다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 기판(2) 상에 형성된 스트라잎(Stripe) 형태의 다수의 리본들(1)을 구비하는 광변조기를 이용한 표시소자가 도시되어 있다. 리본들(1)은 전기적으로 제어되어 입사광을 반사시키거나 회절시키는 역할을 한다. 이 리본들(1)은 교번적으로 배열된 기수 번째 리본들(1A) 및 우수 번째 리본들(1B)을 포함한다. 기수 번째 리본들(1A)은 자신에게 제어신호가 인가되지 않는 비표시상태(Dark state)에서 우수 번째 리본들(1B)과 평행한 상태를 유지하게 된다. 이 때, 리본들(1) 쪽으로 입사되는 광은 평면을 이루는 리본들(1)의 표면에서 반사된다. 반면, 표시상태(Bright state)인 경우, 기수 번째 리본들(1A)은 제어신호에 응답하여 실리콘 기판(2) 쪽으로 수직이동하게 된다. 이 때, 리본들(1) 쪽으로 입사되는 광은 단차를 이루는 리본들(1)의 표면에서 회절된다.
그러나 이러한 광변조기를 이용한 표시소자는 응답속도가 빠른 장점이 있지만 도 1a 및 도 1b에서 알 수 있는 바와 같이 표시면의 전면에서 입사되는 외부광을 이용하여 화상으로 표시하게 되므로 전면 투사 표시장치(Front Projective Display)에만 적용될 수밖에 없는 단점이 있다. 아울러, 전면 투사 표시장치에 적용되는 표시소자는 화소셀들의 사이즈가 미세한 소형 사이즈이기 때문에 리본들(1)과 리본들 사이의 간격을 형성함에 있어서 높은 정밀도가 요구된다. 특히, 표시모드와 비표시모드에서 정상적인 동작이 수행되기 위해서는 기수번째 리본들(1A)과 우수 번째 리본들(1B)의 간격이 미세하게 유지되어야 하므로 그 만큼 제조공정의 난이도가 높게 된다. 정상적인 동작을 위해서는 기수 번째 리본들(1A)과 우수 번째 리본들(1B)의 간격(d)은 0.6μm 이하가 되어야 한다. 또한, 높은 정밀도 및 난이도를 가지는 제조공정에 의해 광변조기를 이용한 표시소자는 대화면화가 곤란하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 다양한 표시장치에 적용될 수 있는 광변조기를 이용한 표시소자의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 대면적의 광변조기를 이용한 표시소자에 적합한 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광변조기를 이용한 표시소자의 제조방법은 기판 상에 전도체물질을 전면 형성하는 단계와, 전도체물질을 패터닝함으로써 고정부재를 형성하는 단계와, 고정부재가 덮이게끔 소정 두께의 희생층을 상기 기판 상에 전면 형성하는 단계와, 희생층 상에 탄성 복원력이 큰 탄력층과 전도체물질을 전면 형성하는 단계와, 고정부재의 양변에 중첩되게끔 희생층 상의 탄력층과 전도체물질을 패터닝함으로써 가동부재를 형성하는 단계와, 희생층을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 목적들 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 기판(13) 상에 소정 간격을 두고 나란하게 형성되는 고정부재들(12)과, 고정부재들(12)의 양측 장변과 중첩되면서 기판(13) 상에 양 끝단이 고정된 가동부재(11)를 구비하는 본 발명에 따른 광변조기를 이용한 표시소자의 한 화소셀이 도시되어 있다. 고정부재들(12)은 도 3 및 도 4a에서 알 수 있는 바와 같이 스트라잎 형태를 가지며, 인접한 고정부재들(12)과 소정 간격만큼 이격되게 배치된다. 가동부재들(11)은 도 4a 및 도 4b에서 알 수 있는 바와 같이 길이방향으로 고정부재들(12)의 양측과 중첩된다. 이와 같이 중첩되는 가동부재들(11)의 중앙부분은 평면을 이루고 기판(13)으로부터 소정 높이만큼 부상된다. 또한, 가동부재들(11)의 양끝단은 기판(13) 쪽으로 만곡되어 기판(13)에 고정된다. 이 고정부재들(12)과 가동부재들(11)은 전기적인 신호에 의해 제어되어 표시상태와 비표시상태에 따라 상호 작용하는 정전기력에 의해 광경로를 개폐시키는 역할을 하게 된다. 고정부재들(12)은 전도성을 가진 불투명층으로 제작되고, 가동부재들(11)은 탄성특성이 좋은 불투명한 물질로 제작됨이 바람직하다. 이를 위하여, 고정부재들(12)과 가동부재들(11) 각각은 다층 박막으로 제작될 수 있다.
이와 같은 광변조기를 이용한 표시소자의 표시 및 비표시 상태의 동작을 설 명하면 다음과 같다.
도 5a와 같은 비표시상태에서, 고정부재들(12)과 가동부재들(11)에는 소정레벨의 전압이 인가된다. 그러면 고정부재들(12)과 가동부재들(11)에는 정전기력에 의한 인력이 작용되므로 가동부재들(11)이 인접한 고정부재들(11)에 접촉된다. 이 때, 고정부재들(12)과 가동부재들(11)은 기판(13)의 배면에 설치된 백라잇으로부터 입사되는 광을 차단하게 된다.
도 5b와 같은 표시상태에서, 고정부재들(12)과 가동부재들(11)에는 전압이 인가되지 않는다. 그러면 가동부재들(11)은 자신의 탄성력에 의해 원래의 상태로 복귀하게 되므로 기판(13)과 고정부재들(11)로부터 부상된다. 이 때, 고정부재들(12)과 가동부재들(11) 사이에는 광경로가 형성된다. 이 광경로를 통하여 백라잇으로부터 입사되는 입사광이 표시면 쪽으로 투과되어 화상 또는 영상을 표시하게 된다.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광변조기를 이용한 표시소자의 제1 실시예에 따른 제조방법을 단계적으로 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 기판(23)의 전면 표면에는 전극물질을 전면증착하게 된다. 이 전극물질층(22a) 위에는 마스크 패턴이 형성되고, 노광 및 현상공정에 의해 마스크 패턴에 의해 마스킹되지 않은 부분이 제거됨으로써 고정부재들(22)이 패터닝된다. 이렇게 형성된 고정부재들(22)과 기판(23) 위에는 도 6c와 같이 고정부재들(22)이 덮이게끔 희생층(24)을 전면 증착하게 된다. 희생층(24)으로는 SiO2, 포토레지스트(Photoresist : 이하 "PR"이라 함), SOG(Spin On Glass), 폴리이미드(Polyimide : 이하 "PI"라 함), PSG(Phospheor Silicate Glass), BPSG(Boro Phospheor Silicate Glass)가 이용된다. 희생층(24)의 표면에는 도 6d와 같이 SiNx로 된 탄력층물질(26a)과 전극물질(25a)을 순차적으로 전면 증착한다. 이들 탄력층물질(26a) 및 전극물질(25a)은 포토리소그라피(Photolithography) 공정 등에 의해 도 6e와 같이 동시에 패터닝되어 각각 탄력층(26)과 전극층(25)이 된다. 탄력층(26)은 가동부재(21)의 탄성 복원력을 증대시키게 된다. 마지막으로, 에칭용액에 기판(23)을 침전시킴으로써 도 6f와 같이 희생층(24)을 제거하게 된다. 여기서, 에칭용액은 일반적으로 불산(HF)을 포함하며, 이 외에도 BHF(Buffered Hydrofluoric Acid), Dilute HF, PR용 스트리퍼(Stripper), 건식에칭시 C2F6 소스가스(Source gas)로부터 유도된 에천트(etchent) 등이 이용될 수 있다. 한편, 도 6e 및 도 6f에서 탄력층물질(26a) 및 전극물질(25a)의 패터닝과 희생층(24)의 제거는 에칭에 의해 동시에 제거될 수도 있다. 기판(23)이 글라스기판인 경우, 오버에칭(Over-etching)되면 기판(23)이 불산(HF)에 의해 손상될 수 있다. 따라서, 기판(23)은 오버에칭시에도 에칭용액에 의해 거의 손상되지 않는 실리콘 기판이 바람직하다. 한편, 기판(23)이 실리콘 기판이면 실리콘 웨이퍼를 이용하여 가공되기 때문에 대면적화가 어렵다.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광변조기를 이용한 표시소자의 제조방법을 단계적으로 나타내는 도면이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 기판(33)의 전면 표면에는 보호막(33a)이 형성 된다. 기판(33)은 대면적에 유리한 글라스기판이다. 보호막(33a)은 에칭용액으로부터 기판(33)을 보호하는 역할을 한다. 이 보호막(33a)의 재료는 아크릴(Acrylate)수지, 우레탄(Urethane) 수지 등의 광경화성 수지가 될 수 있으며, 그 외에 SiNx 등 기판(33)을 에칭용액으로부터 보호할 수 있는 재료는 어떠한 것도 이용될 수 있다. 보호막(33a) 위에는 전극물질층(32a)이 전면 증착된다. 전극물질층(32a)은 마스크 패턴이 형성된 후, 노광 및 현상공정에 의해 패터닝된다. 패터닝된 전극물질층(32a)은 고정부재들(32)이 된다. 고정부재들(32)과 보호막(33a) 위에는 도 7c와 같이 고정부재들(32)이 덮이게끔 희생층(34)이 전면 증착된다. 희생층(34)은 SiOx, PR, SOG, PI, PSG, BPSG 등의 재료로 이루어질 수 있다. 희생층(34) 상에는 도 7d와 같이 SiNx로 된 탄력층물질(36a)과 전극물질(35a)이 순차적으로 전면 증착된다. 이들 탄력층물질(36a) 및 전극물질(35a)은 포토리소그라피공정 등에 의해 도 7e와 같이 동시에 패터닝되어 각각 탄력층(36)과 전극층(35)이 된다. 마지막으로, 에칭용액에 기판(33)을 침전시킴으로써 희생층(34)을 제거하게 된다. 에칭용액은 불산(HF), BHF(Buffered Hydrofluoric Acid), Dilute HF, PR용 스트리퍼(Stripper), 건식에칭시 C2F6 소스가스(Source gas)로부터 유도된 에천트(etchent) 등이 이용될 수 있다. 이 때, 보호막(33a)은 에칭용액으로부터 기판(33)을 보호하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광변조기를 이용한 표시소자의 제조방법 은 양변이 중첩되게 설치된 고정부재들과 가동부재들에 작용되는 정전기력을 이용하여 백라잇으로부터 입사된 광을 개폐하는 광변조기를 이용한 표시소자에 있어서, 고정부재와 가동부재의 간격을 유지하기 위한 희생층을 기판 상에 형성한 후, 희생층을 제거하게 된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 광변조기를 이용한 표시소자의 제조방법은 광경로를 개페하는 고정부재들과 가동부재들이 설치되는 표시소자의 제조방법에 적합하게 된다. 본 발명에 따른 광변조기를 이용한 표시소자의 제조방법은 기판을 에칭용액으로부터 보호하기 위한 보호막을 기판상에 형성함으로써 기판을 글라스기판으로 사용할 수 있게 되므로 대면적의 광변조기를 이용한 표시소자를 제작하기에 적합하게 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (7)

  1. 기판 상에 전도체물질을 전면 형성하는 단계와,
    상기 전도체물질을 패터닝함으로써 고정부재를 형성하는 단계와,
    상기 고정부재가 덮이게끔 소정 두께의 희생층을 상기 기판 상에 전면 형성하는 단계와,
    상기 희생층 상에 탄성 복원력이 큰 탄력층과 전도체물질을 전면 형성하는 단계와,
    상기 고정부재의 양변에 중첩되게끔 상기 희생층 상의 탄력층과 전도체물질을 패터닝함으로써 가동부재를 형성하는 단계와,
    상기 희생층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광변조기를 이용한 표시소자의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 글라스기판 및 실리콘기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광변조기를 이용한 표시소자의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 희생층시 상기 기판의 손상을 방지하기 위한 보호막을 상기 기판 상에 전면 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광변조기를 이용한 표 시소자의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보호막은 광경화성수지인 것을 특징으로 하는 광변조기를 이용한 표시소자의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 희생층 상의 탄력층과 전도체물질은 에칭에 의해 동시에 제거되는 것을 특징으로 하는 광변조기를 이용한 표시소자의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 희생층 상의 탄력층과 전도체물질 및 상기 희생층은 에칭에 의해 동시에 제거되는 것을 특징으로 하는 광변조기를 이용한 표시소자의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 희생층은 SiO2, 포토레지스트(Photoresist), SOG(Spin On Glass), 폴리이미드(Polyimide), PSG(Phospheor Silicate Glass), BPSG(Boro Phospheor Silicate Glass) 중 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 광변조기를 이용한 표시소자의 제조방법.
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