KR101112593B1 - 오프각도 전극 및 정지장치를 갖는 마이크로미러 - Google Patents

오프각도 전극 및 정지장치를 갖는 마이크로미러 Download PDF

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Abstract

각각이 바람직하게는 적어도 하나의 제 1 전극과 제 2 전극을 갖는 미러장치의 어레이를 포함하는 이러한 변조기 제조방법에 따른 공간 광변조기가 개시되어 있다. 제 1 전극은 상기 마이크로미러 장치의 미러판을 온상태로 구동시키도록 설계되고, 제 2 전극은 상기 마이크로미러판을 오프상태로 구동시키도록 설계된다. 2개의 전극은 미러판의 동일측상에 배치될 수 있으나 상기 미러판을 반대방향으로 회전되도록 구동시키기 위해 상기 미러판의 회전축의 대향측상에 배치될 수 있다. 대안으로, 2개의 전극은 상기 미러판의 대향측상에 배치될 수 있으나 상기 미러판을 반대방향으로 회전되도록 구동시키기 위해 상기 미러판의 회전축의 동일상에 배치될 수 있다. 미러판의 온상태 및 오프상태는 정지장치에 의해 정의될 수 있다. 정지장치는 기판(들), 상기 마이크로미러장치의 미러판을 유지하는 힌지구조 및/또는 상기 마이크로미러장치내에 소정의 위치상에 형성될 수 있다. 대안으로, 온상태 및 오프상태용 전극이 별개로 또는 조합하여 또는 마이크로미러장치의 기판(들)과 같은 다른 구성요소(들)과 조합하여 정지장치로서 사용될 수 있다. 오프상태 각도 및 온상태 각도는 바람직하기로는 다르다.
마이크로미러 어레이, 공간 광변조기, 콘트라스트 비

Description

오프각도 전극 및 정지장치를 갖는 마이크로미러{Micromirrors With Off-Angle Electrodes And Stops}
본 발명은 일반적으로 마이크로 전자기계 시스템(micro electro mechanical systems, MEMS)의 기술분야, 및 특히 공간 광변조기(spatial light modulator)에 관한 것이다.
본 발명은, 예를 들어, 조향 광빔(steering light beams), 마스크리스 리소그라피(maskless lithography), 마스크리스 마이크로어레이(maskless microarray) 제품 등에 대한 프로젝션 타입의 디스플레이용 반사 마이크로미러 및 마이크로미러 어레이에 관한 것이다. 공통 특징은 입사광을 편향시키도록 이동할 수 있는 마이크로미러이다. 종래 직시(direct view) 또는 프로젝션 타입의 디스플레이 시스템 중 한 타입에서, 이미지 생성을 위해 반사 마이크로미러 어레이가 제공된다. 일반적으로 마이크로미러는 "온"상태에 대한 경사각도 및 "오프"상태에 대한 비편향 상태를 갖거나, "온" 및 "오프" 상태에 대해 반대 부호의 동일한 경사각도를 갖는다.
이미지를 디스플레이하기 위한 예시적인 적용으로서, 마이크로미러는 이미지의 픽셀과 결합된다. 픽셀이 "밝은" 경우일 때에는, 마이크로미러는 "온"상태로 설정된다. 입사광은 투사렌즈 또는 디스플레이 타겟을 향해 반사된 광의 콘(cone)으로 마이크로미러에 의해 반사된다. 픽셀이 "어두운" 경우일 때에는, 마이크로미러는 "오프"상태로 설정된다. 입사광은 투사렌즈 또는 디스플레이 타겟으로부터 벗어나게 반사된 광의 또 다른 콘으로 반사된다. 그러나, 온 상태에서 마이크로미러에 의해 반사된 광의 콘과 오프 상태에서 마이크로미러에 의해 반사된 광의 콘은 너무 인접해서, 예컨대, 2개의 광 콘 사이의 각도가 너무 작아서, 2개의 광 콘이 중첩될 수 있다. 픽셀의 콘트라스트 비(contrast ratio), 즉, 이에 따라 디스플레이된 이미지의 품질이 저하된다(콘트라스트 비는 만들어질 수 있는 가장 밝은 흰색과 만들어질 수 있는 가장 어두은 검은색 사이의 휘도비이다). 그리고, 인지된 이미지 품질의 주요 결정요인이다. 디스플레이된 이미지가 높은 콘트라스트 비를 가지면, 더 낮은 콘트라스트 이미지가 실질적으로 더 적당한 해상도를 갖는다 하더라도, 시청자는 낮은 콘트라스트 비를 갖는 디스플레이된 이미지보다 더 선명한 것으로 판단하게 된다. 콘트라스트 비의 감도는 입사비의 각도 범위가 증가함에 따라 더 커진다.
따라서, 필요한 것은 고해상도, 높은 충진율(high fill factor) 및 높은 콘트라스트 비를 갖는 공간 광변조기이다. 더 필요로 하는 것은 편광된 광이 필요없으며, 이에 따라 광학적으로도 효율적이고 기계적으로 강건한 공간 광변조기이다.
이 목적은 첨부된 특허청구범위의 독립항의 특징에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 종속항을 특징으로 한다. 시스템에서 마이크로미러는 마이크로미러를 작동하기 위한 마이크로미러 및 전극의 오프상태 및 온상태를 정의하는 장치를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 공간 광변조기가 개시되어 있다. 공간 광변조기는 각각이 힌지에 의해 지지되고 하나 이상의 전극에 의해 이동될 수 있는 반사판을 가지는 마이크로미러를 기판상에 포함하는 픽셀 어레이를 구비하고, 각각의 마이크로미러는 상기 마이크로미러를 비작동 위치로부터 소정 각도의 온위치로 이동시키는 제 1 전극과 상기 마이크로미러를 온각도에 비교하여 그리고 0도의 비평향 휴지위치에 대해 음의 각도인 오프위치로 이동시키는 제 2 전극에 의해 이동될 수 있으며, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극의 면에 대향한 반사판의 측면상에 배치된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 각각이 하나 이상의 전극에 의해 이동될 수 있는 반사판을 기판상에 구비하는 마이크로미러 어레이, 상기 마이크로미러를 비작동 위치로부터 10도 이상의 각도에 있는 온위치로 이동시키기 위한 제 1 전극, 및 상기 마이크로미러를 -1도 내지 -8도의 각도에 있는 오프위치로 이동시키기 위한 제 2 전극을 구비하고, 마이크로미러 정지장치(stop)가 기판의 면에 대향한 반사판의 측면상에 배치되고, 상기 반사판은 상기 기판으로부터 소정 거리에 있고 -1도 내지 -8도의 각도에 있는 정지장치에 맞닿도록 구성한 공간 광변조기가 개시되어 있다. 또 다른 정지장치는 온상태에서 미러판의 이동을 정지시키기 위해 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 공간 광변조기가 개시되어 있다. 공간 광변조기는 각각이 하나 이상의 전극에 의해 이동될 수 있는 반사판을 기판상에 구비하는 마이크로미러 어레이, 상기 마이크로미러를 비작동 위치로부터 10도 이상의 각도에 있는 온위치로 이동시키기 위한 제 1 전극, 및 상기 마이크로미러를 -1도 내지 -8도의 각도에 있는 오프위치로 이동시키기 위한 제 2 전극을 구비하고, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극의 면에 대향한 반사판의 측면상에 배치되며, 마이크로미러 정지장치가 기판의 면에 대향한 반사판의 측면상에 배치되고, 상기 반사판은 상기 기판으로부터 소정 거리에 있고 -1도 내지 -8도의 각도에 있는 정지장치에 맞닿는다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 공간 광변조기가 개시되어 있다. 공간 광변조기는 각각이 힌지를 통해 유지되고 전기력의 인가시 이동될 수 있는 마이크로미러를 구비하는 픽셀 어레이, 상기 마이크로미러를 온위치로 이동시키기 위한 제 1 전극 및 상기 마이크로미러를 오프위치로 이동시키기 위해 제 1 전극의 면에 대향한 마이크로미러의 측상에 배치되는 제 2 전극을 구비한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 공간 광변조기가 개시되어 있다. 공간 광변조기는 각각이 힌지를 통해 유지되고 전기력의 인가시 이동될 수 있는 마이크로미러를 구비하는 픽셀 어레이, 상기 마이크로미러를 온위치로 이동시키는 제 1 전극, 상기 마이크로미러를 기설정된 온각도에서 정지시키기 위한 제 1 정지장치, 및 상기 마이크로미러의 비편향상태로부터 반대방향에 있고 온각도 보다 작은 기설정된 오프각도에서 상기 마이크로미러를 정지시키기 위한 제 2 정지장치를 구비한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 오프위치는 비편향 위치로부터 -2도 내지 -6도의 각도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 오프위치는 -3도 내지 -5도의 각도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 온위치는 14도 내지 18도의 각도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 공간 광변조기가 개시되어 있다. 공간 광변조기는 각각이 광투과성 기판상의 힌지에 의해 유지되는 마이크로미러판을 구비하고 온위치의 기설정된 각도에서 상기 마이크로미러를 정지시키는 제 1 정지장치 지점, 및 오프위치의 기설정된 각도에서 상기 마이크로미러를 정지시키는 제 2 정지장치 지점을 가시광투과성 기판상에 더 포함하는 마이크로미러 어레이를 구비한다.
본 발명의 바람직한 실시예는 하기와 같이 요약될 수 있다. 바람직하게는 적어도 하나의 제 1 전극과 제 2 전극을 갖는 미러장치의 어레이를 포함하는 이러한 변조기 제조방법에 따른 공간 광변조기가 개시되어 있다. 제 1 전극은 상기 마이크로미러 장치의 미러판을 온상태로 구동시키도록 설계되고, 제 2 전극은 상기 마이크로미러판을 오프상태로 구동시키도록 설계된다. 2개의 전극은 미러판의 동일측상에 배치될 수 있으나 상기 미러판을 반대방향으로 회전되도록 구동시키기 위해 상기 미러판의 회전축의 대향측상에 배치될 수 있다. 대안으로, 2개의 전극은 상기 미러판의 대향측상에 배치될 수 있으나 상기 미러판을 반대방향으로 회전되도록 구동시키기 위해 상기 미러판의 회전축의 동일측상에 배치될 수 있다. 미러판의 온상태 및 오프상태는 정지장치에 의해 정의될 수 있다. 정지장치는 기판(들), 상기 마이크로미러장치의 미러판을 유지하는 힌지구조 및/또는 상기 마이크로미러장치내에 소정의 위치상에 형성될 수 있다. 대안으로, 온상태 및 오프상태용 전극이 별개로 또는 조합하여 또는 마이크로미러장치의 기판(들)과 같은 다른 구성요소(들)과 조합하여 정지장치로서 사용될 수 있다. 오프상태 각도 및 온상태 각도는 바람직하기로는 다르다.
첨부된 특허청구범위는 본 발명의 특징을 상세하게 나타내는 한편, 목적 및 이점과 함께 본 발명은 첨부도면과 결부하여 취해진 하기의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로미러 어레이장치의 마이크로미러판을 변형시키기는 2세트의 전극을 갖는 마이크로미러 어레이장치의 횡단면도이다;
도 2는 도 1의 마이크로미러 어레이장치의 평면도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로미러 어레이장치의 마이크로미러판을 변형시키기는 2세트의 전극을 갖는 마이크로미러 어레이장치의 횡단면도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로미러 어레이장치의 마이크로미러판을 변형시키는 2세트의 전극을 갖는 마이크로미러 어레이장치의 횡단면도이다;
도 5a 내지 도 5c는 평평한 비편향 오프상태를 갖는 마이크로미러를 개략적으로 도시한 것이다;
도 5d 내지 도 5f는 동일한 각도의 편향된 온상태 및 오프상태를 갖는 마이크로미러를 개략적으로 도시한 것이다;
도 5g 및 도 5i는 오프상태의 각도보다 더 큰 온상태의 각도를 갖는 마이크 로미러를 개략적으로 도시한 것이다;
도 6a 및 도 6b는 온상태 및 오프상태를 갖는 마이크로미러판을 개략적으로 도시한 것으로, 온상태는 전극들이 형성되어 있는 기판에 의해 마이크로미러판이 정지되는 것으로 정의되고(6a); 오프상태는 마이크로미러판이 형성되어 있는 유리기판에 의해 마이크로미러판이 정지되는 것으로 정의된다(6b);
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로미러판의 비편향상태(7a), 온상태(7b) 및 오프상태(7c)를 개략적으로 도시한 것이다;
도 8a는 마이크로미러장치의 온상태 및 오프상태를 정의하는 2개의 정지장치와, 마이크로미러판을 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온상태 및 오프상태로 회전하도록 구동시키는 2개의 전극을 갖는 마이크로미러장치의 횡단면도이다;
도 8b는 마이크로미러판의 비편평상태 및 비편향상태인 오프상태를 갖는 마이크로미러 장치의 횡단면도이다;
도 8c는 마이크로미러를 본 발명의 실시예에 따른 오프상태로 변형시키기 위해 증착된 가시광 투명전극을 갖는 유리기판을 포함하는 마이크로미러 장치의 횡단면도이다;
도 8d는 마이크로미러판을 본 발명의 실시예에 따른 마이크로미러 장치의 오프상태로 회전하도록 구동시키기 위해 유리기판상에 형성된 전극을 갖는 마이크로미러 장치의 횡단면도이다;
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 제조공정동안 마이크로미러 장치의 측면도이다;
도 9b는 도 9a의 마이크로미러 장치의 3층 구조의 횡단면도이다;
도 9c는 도 9a의 마이크로미러 장치의 6층 구조의 횡단면도이다;
도 10a는 마이크로미러 장치의 힌지구조, 마이크로미러판 및 기판을 도시한 것으로, 상기 힌지구조는 본 발명의 실시예에 따른 상기 마이크로미러판의 오프상태용 전극으로서 사용된다;
도 10b는 도 10a의 마이크로미러 어레이를 갖는 마이크로미러 어레이장치를 개략적으로 도시한 것이다;
도 11은 마이크로미러 어레이를 갖는 또 다른 마이크로미러 어레이장치를 개략적으로 도시한 것이다;
도 12는 마이크로미러 장치의 오프상태에 대한 힌지구조상에 형성된 정지장치 및 전극을 갖는 마이크로미러 장치의 정면도를 도시한 것이다; 그리고
도 13a 및 도 13b는 하나는 단일의 공간 광변조기를 사용하고 다른 하나는 3개의 공간 광변조기를 사용하는 2개의 예시적인 디스플레이 시스템을 각각 도시한 것으로, 각각의 디스플레이 시스템은 3원색, 즉, 적색, 녹색 및 청색 중 하나를 변조하도록 설계되어 있다.
본 발명은 마이크로미러 어레이를 갖는 마이크로미러 어레이장치를 개시하고 있다. 각각의 마이크로미러는 마이크로미러판을 온상태 및 오프상태로 구동하기 위한 적어도 2개의 전극을 구비한다. 전극은 마이크로미러판에 대해 동일 면상에 배치될 수 있으나 마이크로미러판의 회전축에 대해 대향면상에 배치될 수도 있다. 대 안으로, 모든 마이크로미러의 오프상태용 전극은 마이크로미러가 형성되는 기판상에 배치된 전극막으로서 형성될 수 있다. 이 전극막은 기판을 통한 광의 투과를 강화하기 위한 반사방지막(anti-reflection film)일 수 있다. 광반사의 산란 및 증가 를 감소시키기 위해, 온상태에 해당하는 온상태 각도는 오프상태에 해당하는 오프상태 각도와는 다르게 정의된다. 특히, 오프상태 각도는 온상태 각도보다 더 작고 미러판의 비편향상태에 대해 온상태 각도와 방향이 반대이다. 이러한 비대칭 오프상태 각도 및 온상태 각도는 복수의 회전 정지장치를 갖는 전극의 적절한 조합에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 온상태 및 오프상태용 전극은 온상태 및 오프상태용 정지장치(stops)로서 사용될 수 있다. 이들 전극은 일반적으로 전기 단락(electric shorting)을 피하기 위해 전극을 전기적으로 절연하는 유전재료로 피복된다. 전극의 적절한 기학적 구성으로, 소정의 비대칭 오프상태 각도 및 온상태 각도가 구해질 수 있다. 또 다른 예를 들면, 온상태 및/또는 오프상태용으로 지정된 정지장치는 오프상태 각도 및 온상태 각도를 정의하기 위해 제공될 수 있다. 이들 정지장치는 미러판을 고정하는 기판(들) 및/또는 힌지구조상에 형성될 수 있다. 제 2 전극 어레이의 전극들은 바람직하게는 상기 제 2 전극 "어레이"의 모든 전극들이 항상 동일한 전위로 유지되도록 연결되고 연속한 전극을 형성한다. 동작시, 제 2 전극 어레이의 전극들("제 2 전극")은 상기 전극들과 미러판들 사이에 전위를 인가함으로써 개시될 수 있고, 이 전위에 응답하여 모든 미러판이 오프상태로 회전된다. 그런 후, 작동신호에 응답하여, 선택된 미러판(들)이 온상태용의 상기 선택된 미러판(들)과 전극(들) 사이의 전기장에 응답하여 온상태로 회전된다. 명백히, 오 프상태에서 온상태로 미러판을 스위치하기 위해, 온상태용 전극에 의해 미러판에 가해진 전기력은 오프상태용 전극에 의해 미러판에 가해진 전기력을 극복해야 한다.
하기에서, 본 발명의 실시예들은 도면을 참조로 더 상세히 설명된다. 하기의 설명은 단지 설명만을 목적으로 하며 본 발명에 대한 제한으로서 임의적으로 해석되지 않아야 한다.
도면을 참조로, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로미러 어레이장치의 횡단면도를 도시한 것이다. 마이크로미러 어레이장치는 가시광에 투명한 유리 또는 석영과 같은 기판(100)상에 형성된 마이크로미러 어레이(예를 들어, 마이크로미러(102))를 구비한다. 전극 어레이(예를 들어, 전극(106)) 및 회로(미도시)가 기판(110)상에 형성되고 마이크로미러를 정전기적으로 변형시키기 위해 마이크로미러 어레이 부근에 배치된다. 예를 들어, 정전기장이 마이크로미러 장치의 각각의 미러판과 전극 어레이의 전극 사이에 확립된다. 확립된 정전기장에 응답하여, 마이크로미러는 온상태에서 미러판으로부터 반사된 광이 디스플레이 타겟에 이미지를 디스플레이하도록 투사렌즈(projection lens)(예를 들어 도 13a에서 투사렌즈(106))에 의해 수집될 수 있도록 온상태로 기판(100)에 대해 회전된다. 기판(100)에 대하여 온상태에 있는 미러판의 회전각도를 온상태 각도(ON state angle)라 한다. 이하, 온 및 오프각도(또는 기판에 대한 이러한 각도들)를 인용하는 경우, (기판에 대하여 양 또는 음의) 각도의 부호가 사용된다. 부호는 임의적이지만, 마이크로미러가 한쪽 방향으로는 온위치로 반대 방향으로는 오프위치로 회전한다. 하기에서, 온상태 각도는 양의 부호(+)를 갖는 각도값으로 표현되고 오프상태 각도는 음의 부호(-)를 갖는 각도값으로 표현된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 온상태 각도는 +10°이상, 바람직하게는 +14°이상, 더 바람직하게는 +16°이상이다.
기판(110)상의 전극 어레이(106) 이외에, 제 2 전극 또는 전극 어레이가 미러판을 오프상태로 구동하기 위해 기판(100)상에 형성된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 오프상태 부호는 -1°이하(각도의 절대값은 1보다 큼), 바람직하게는 -2°이하, 더 바람직하게는 약 -4°이하이다. 미러판을 오프상태 각도로 구동하기 위해, 제 2 전극 또는 전극 어레이가 본 발명의 일실시예에서 유리기판(100)상에 배치된다. 특히, 제 2 전극 또는 전극 어레이의 각 전극(예를 들어, 전극(104))은 기판(110)상에 형성된 제 1 전극 어레이의 전극(예컨대, 전극(106))의 면에 대향하는 미러판의 측면상에 배치되고, 2개의 전극(예컨대, 전극(104 및 106))은 미러판(예를들어, 미러판(102))의 회전축에 대해 동일 측면상에 있다. 동작시, 제 1 전압 V1(따라서, 제 1 전기장)이 미러판(예컨대, 미러판(102))과 제 1 전극 어레이의 전극(예컨대, 전극(106))에 인가된다. 제 1 전기장에 응답하여, 미러판(예컨대, 미러판(102))은 기판(100)에 대해 온상태로 (도면에 도시된 바와 같이 주어진 배열에서 시계방향으로) 회전된다. 미러판(예컨대, 미러판(102))을 기판(100)에 대해 오프상태로 (도면에 도시된 바와 같이 주어진 배열에서 반시계방향으로) 회전시키도록 구동하기 위해, 제 2 전압 V2(따라서, 제 2 전기장)이 미러판(예컨대, 미러판 (102))과 기판(100)상의 제 2 전극 어레이의 전극(예컨대, 전극(104))에 인가된다. 본 발 명의 또 다른 실시예로서, 마이크로미러 어레이(예컨대, 마이크로미러(102))는 반도체 웨이퍼인 기판(110)상에 형성될 수 있다. 기판(110)상의 전극 어레이는 미러판을 온상태로 회전하도록 구동시키고, 유리기판(100)상의 전극 어레이는 미러판을 오프상태로 회전하도록 구동시킨다.
제 2 전극 또는 전극 어레이가 유리기판(100)상에 형성되고 미러판상의 입사광에 노출되기 때문에, 제 2 전극 또는 전극 어레이는 광흡수재로 구성될 수 있고 각각의 마이크로미러판 주위로 그리고 더 구체적으로는, 도면에 도시된 바와 같이, 인접한 미러판 사이에 (바람직하게는 격자로서 상호연결된) 광흡수격자를 형성한다. 기판(100)의 면상에 증착된 이러한 전극 및 광흡수격자(22)의 정면도가 도 2에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(100)상의 전극 "어레이"는 실제로 격자로서 형성된 단일 전극이다. 이러한 격자전극(grid elelctrode)(예를 들어, 전극(104)은 마이크로미러 어레이의 길이(또는 폭)을 따라 확장되는 전극 "스트립(strip)"의 횡단면임)은 또한 연속 정지장치(series stops)로서 형성될 수 있다.
유리기판상에 마이크로미러 장치의 오프상태용 제 2 전극 또는 전극 어레이를 형성하기보다는, 제 2 전극 또는 전극 어레이가 또한 도 3에 도시된 바와 같이 미러판에 대하여 제 1 전극 어레이와 동일한 측면상에 형성될 수 있다. 특히, 전극의 제 2 어레이(예를 들어, 전극(104))는 제 1 전극의 어레이(예를 들어, 전극(106))와 같이 미러판의 동일 측면상에 형성될 수 있지만, 미러판(예를 들어, 미러판(102))의 회전축의 대향측상에 형성될 수 있다. 동작시, 2개의 다른 전압이 각각 미러판과 제 1 전극 사이에 인가되어 상기 미러판을 온상태로 구동시키고, 미러판과 제 2 전극 사이에 인가되어 상기 미러판을 오프상태로 구동시킨다. 본 발명의 대안적인 실시예로서, 마이크로미러 어레이(예를 들어, 마이크로미러(102))가 반도체 웨이퍼인 기판(110)상에 형성될 수 있다. 기판(100)상의 전극 어레이는 미러판을 온상태로 회전하도록 구동시키고, 제 2 전극 또는 전극 어레이는 미러판을 오프상태로 회전하도록 구동시킨다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 제 2 전극 또는 전극 "어레이"는 도 4에 도시된 바와 같이 전극막으로서 유리기판(100)상에 형성될 수 있다. 도 4를 참조하면, 전극막(107)이 마이크로미러 장치의 미러판과 마주보는 유리기판(100)의 하부면상에 증착된다. 이 상황에서, 전극막(107)은 전기적으로 도전성이며(또는 전극막(107)이 적층물인 경우 적어도 하나의 층이 전기적으로 도전성임), 가시광에 투명하다. 보다 바람직하기로, 전극막은 또한 반사방지(AR, anti-reflection)막일 수 있다. 동작동안, 전압이 전극막(107)과 미러판 사이에 인가되어, 상기 전극막과 상기 미러판 사이에 확립된 전기장을 생성하며, 인접한 전극(106)이 상기 미러판을 온상태로 작동하도록 설정되지 않은 경우, 상기 미러판을 오프상태로 (도면에 도시된 바와 같이 주어진 배열에서 반시계방향으로) 회전하도록 구동시킨다. 미러판은 전압이 전극막(107)에 인가되더라도 상기 미러판과 제 1 전극 사이에 확립된 전기장에 응답하여 온상태로 (도면에 도시된 바와 같이 주어진 배열에서 시계방향으로) 회전될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예로서, 마이크로미러 어레이(예컨대, 마이크로미러(102))가 반도체 웨이퍼인 기판(110)상에 형성될 수 있다. 기판(110)상의 전극 어레이는 미러판을 온상태로 회전시키고 유리기판(100)상의 전극막(107)은 상기 미러판을 오프상태로 회전시키도록 구동된다.
0이 아닌 오프상태 각도를 갖는 오프상태에 대한 이러한 타입의 정의는 콘트라스트 비와 같은 많은 측면에서 마이크로미러 장치의 성능에 확실히 유익하다. 오프상태 각도 및 온상태 각도는 동일한 값이지만 부호가 반대일 수 있다. 그러나, 오프상태 각도가 너무 큰 경우, 마이크로미러장치의 성능이 저하될 수 있으며, 이는 도5a 내지 도 5i를 참조로 상세히 설명된다.
도 5a를 참조하면, 오프상태의 마이크로미러는 편향되지 않는 반면에 온상태의 마이크로미러는 편평한 상태로부터 이동되어 광이 (직접적으로, 단일 장치내의 타겟상에, 방을 가로질러 스크린 상 등에) 보여질 수 있는 곳으로 광을 투사하도록 하는 어레이내의 다중 마이크로미러의 횡단면도이다. 이러한 마이크로미러 어레이장치는 도 5b 및 도 5c에 더 잘 도시되어 있다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 마이크로미러의 온상태에서, 광의 입사 콘(50)이 마이크로미러(모든 마이크로미러는 이 도면에서 온임)에서 반사되고 광은 광의 콘(52)로서 출력개구(60)로 투사되며, 대부분의 경우에서는 이미징 시스템(예를 들어, 투사렌즈 또는 렌즈들)으로 진행된다. 콘(54)은 투명커버로부터의 거울반사(specular reflection)를 나타낸다. 도 5c는 오프상태에 있는 마이크로미러의 도면으로서, 콘(52)은 오프상태에서 마이크로미러로부터 반사된 광을 나타낸다. 광의 입사콘 및 반사콘은, 이들 도면에서, 조명을 용이하게 하기 위해, 광의 콘이 각각의 마이크로미러상에 테이퍼지는 것으로 도시되어 있으나, 전체 어레이상에 협소해진다.
도 5b 및 도 5c의 배열은 마이크로미러가 오프(비편향)상태에 있을 때 광이 상기 마이크로미러들 사이의 틈을 통해 이동하는 것에 의해 바람직하지 못한 "갭 스캐터(gap scatter)"를 거의 야기하지 않는다는 이점을 갖는다. 그러나, 도 5c에 도시된 바와 같이, 굴절된 광(반사된 오프 광의 콘(52) 너머로 확장되는 광(61a 및 61b))은 마이크로미러의 반복 패턴에 의해 야기된다. 이러한 바람직하지 못한 광은 마이크로미러들의 에지로부터의 스캐터링 및 굴절 "에지 스캐터(edge scatter)"에 의해 야기된다. 특히, 광의 입사콘(및 이에 따른 반사광 콘)은 효율을 증가시키도록 가능한 한 크게 만들어지기 때문에, 반사된 오프 광의 콘 너머로 확장되는 광(61a)과 같은 굴절광이 출력개구(60)(예를 들어, 수집 광학장치)에 들어가서 바람직하지 못하게 콘트라스트 비를 감소시킬 수 있다.
콘트라스트 비를 감소시키는 오프상태의 광 및 온상태의 광(굴절광 포함)의 "중첩"을 피하기 위해, 오프상태의 광 및 온상태의 광은 온상태 및 오프상태 모두에 대해 마이크로미러를 편향시킴으로써 서로 멀리 이격될 수 있다. 도 5d에서 알 수 있는 바와 같이, 마이크로미러가 도면에 도시된 바와 같이 '오프'상태로 편향되면, 일부 광은 광선(128)으로서 도시된 바와 같이 온상태 방향(예를 들어, 수집 광학장치)으로부터 멀리 마이크로미러에서 적절하게 반사된다. 다른 광(124)이 마이크로미러상에 닿지 않고, 인접한 미러가 오프상태에 있다하더라도 하부기판(예를 들어, 하부회로 및 전극)의 상단면상에 산란되어 수집광학장치로 들어가게 된다. 또는, 광선(126)에 의해 도시된 바와 같이, 입사광은 마이크로미러에 닿을 수 있으나, 여전히 광선(128)과 같이 오프각도로 적절하게 지향되기 보다는 갭 스캐터가 발생된다. 도 5e에 도시된 바와 같은 온배열은 도 5b에 도시된 온배열과 동일하다. 그러나, 도 5f에 도시된 바와 같이, 마이크로미러 주기성에 의해 야기된 굴절(61)에 따른 오프상태는 온각도로부터 멀리 이동되어 굴절/에지 스캐터로 인해 (상술한 바와 같이, 갭 스캐터로 인해 감소된 콘트라스트 비) 콘트라스트 비가 향상된다.
향상된 마이크로미러 어레이는 오프 광콘 및 온 광콘 사이의 거리를 최대화(허용 콘으로의 에지 스캐터를 최소화)하고, 인접한 마이크로미러 사이의 갭을 또한 최소화한다(갭 스캐터를 최소화한다). 시도되었던 한가지 방안은 도 5d 내지 도 5f에서 온 및 오프 상태에 대해 반대방향으로 편향되는 마이크로미러를 마이크로미러 어레이에 제공하고, 갭 스캐터를 줄이기 위해 마이크로미러 아래에 광흡수층을 제공하도록 하였다. 불행히도, 이는 공정 복잡도를 증가시키거나 마이크로미러 어레이 어셈블리상에(광밸브상에) 광을 흡수하며, 이는 광밸브의 온도를 증가시키고 열팽창, 마이크로미러 구조의 증가된 피로(fatigue) 또는 늘어지기(droop), 패시베이션막(passivation film)의 증가된 절연파괴, 자체 집합된 단일층 및/또는 윤활제 등으로 인해 문제를 야기한다.
도 5g 및 도 5i에 도시된 바와 같이, 온 및 오프상태 모두가 다른 편향각으로 편향된 마이크로미러가 제공된다. 도 5g에 도시된 바와 같이, 마이크로미러(108)는 온 상태의 마이크로미러(112)보다 편향각도가 더 작은 (평평하거나 편향되지 않은 위치로부터 반대방향으로 편향된) 오프상태로 편향된다. 도 5h에 도시된 바와 같이, 온 상태(출력개구(60)로 나가는 광(52)으로서 투사된 입사광(50))는 변하지 않으며 일부 거울반사(54)를 갖는다. 도 5i에서, 마이크로미러는 출력개구(60)로 지나는 에지 산란광(61a)이 최소화되도록 충분히 편향된 위치에 있으나, 큰 오프 상태의 편향각으로 인해 마이크로미러 아래로부터의 갭 산란광을 최소화하도록 이러한 에지 산란광을 수용 콘에서 벗어나게 할 정도로만 편향된 오프상태로 있다.
온상태 및 오프상태에 해당하는 다른 회전각도를 얻기 위해, 미러판의 비대칭회전이 본 발명에 개시되어 있다. 도 6a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로미러 장치의 횡단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 기판(110)상에 형성된 3개의 전극(70, 72, 및 74)이 유리기판(100)상에 형성된 미러판(44) 부근에 제공되어 배치된다. 전극(72 및 74)은 미러판을 반대방향 회전으로 변형하기 위해 제공된다. 본 발명의 실시예의 또 다른 특징으로서, 미러판 자체와 동일한 전위의 재료에 닿게 함으로써 미러판이 회전을 정지시키게 하는 전극(70)이 제공된다. 전압 VA가 전극(72)에 인가되면, 미러판(44)은 전극(70)에 닿을 때까지 편향된다. 이는 광이 시스템의 수집광학장치로 들어가게하는 미러판의 온위치이다. 미러판(44)의 양단이 전극(70) 및 기판(100)에 동시에 닿도록 기판(즉, 기판 110 및 100) 사이에 갭을 설계할 수 있다. 전압 VB가 전극(74)에 인가되면, 미러판(44)은 상기 미러판의 단부가 기판(100)에 닿을 때까지 반대방향으로 편향된다. 이는 도 6b에 도시된 바와 같이, 마이크로미러의 오프위치이다. 힌지(hinge)(50) 및 포스트(post)(46)의 위치로 인해, 오프위치에 있는 마이크로미러의 각도는 온 위치에 있는 마이크로미러의 각도보다 작다.
기판을 사용하여 오프각도 및 온각도를 제한하는 대안으로, 오프각도 및 온각도는 또한 도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이 정지장치 및 전극을 사용하여 정의될 수 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 마이크로미러(24)는 포스트(22), 힌지(18c), 포스트(16c), 및 금속영역(12c)을 통해 기판(110)에 연결된다. 도 7a에 도시된 바와 같이 마이크로미러는 어떠한 전압도 임의의 아래에 놓인 전극(상술한 공정으로 형성된 별개의 금속영역), 예컨대 전극(18b 또는 12d)에 인가되지 않으면 편향되지 않는다. 이러한 비편향 위치는 (투사 이미지에 대해 최상의 콘트라스트 비를 얻기 위해) 투사 시스템에 대해 일반적으로 온 위치로부터 가장 먼 각도인 마이크로미러용 오프위치가 아니다. 마이크로미러의 온상태, 즉, 광을 수집광학장치의 허용 콘으로 편향시키는 마이크로미러의 위치가 도 7b에 도시되어 있다. 판(24)의 에지가 전극(12e)에 닿을 때까지 마이크로미러판(24)을 전기적으로 아래로 잡아당기도록 전압 VA가 전극(12d)에 인가된다. 마이크로미러판(24)과 전극(12e) 모두는 이 예에서 전압 V0인 동일한 전위로 있다. 도 7c에 도시된 바와 같이, 전압 VB가 전극(18b)에 인가되면, 마이크로미러판(24)은 반대방향으로 편향되며, 상기 판의 이동은 전극(18a)에 의해 정지된다. 전극(18a)과 마이크로미러판(24) 모두는 (이 예에서 전압 V0인) 동일한 전위로 있다. 전극(18b) 대 전극(12d)의 크기에 따라 그리고 이들 전극과 마이크로미러판(24)사이의 거리에 따라, 전극(18b 및 12d)에 인가된 전압은 동일할 필요가 없다. 도 7c에 예시된 이러한 편향된 위치는 오프위치이고 수집광학장치로부터 가장 멀리 광을 편향시킨다.
도 7b 및 도 7c를 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 오프위치는 온위치보다 (기판에 대해) 더 낮은 각도를 형성한다. 이러한 비대칭의 이점이 하기에 더 상세히 거론된다. 본 발명의 일실시예에서, 온위치는 0 내지 +30도이고 오프위치는 0 내지 -30도이며, 온위치로의 이동이 오프위치로의 이동보다 더 크다. 예를 들어, 온위치는 +10도 내지 +30도(또는 +12도 내지 +20도 또는 +10도 내지 +15도)일 수 있으며, 오프위치는 0도 이상 및 0 내지 -30도(또는 0 내지 -10도 또는 -12도, 또는 -1도 내지 -12도, 또는 -1도 또는 -10도 또는 -11도, -2 도 내지 -7도 사이의 더 작은 범위내)일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 마이크로미러는 온위치로 적어도 +12도 그리고 오프위치로 -4 내지 -10도 회전할 수 있다. 힌지에 사용되는 재료에 따라, +10 내지 +35도의 온회전 및 -2도 내지 -25도의 오프회전과 같은 더 큰 각도가 달성될 수 있다(물론 재료 피로 및 크립(creep)이 매우 큰 각도에서 문제가 된다). 회전방향을 고려하지 않고, 온위치 및 오프위치는 기판에 대해 3도 보다 더 크지만 30도 미만인 각도에 있고, 바람직하게는 온위치가 +10도 이상이며, 미러가 반대인 오프방향에서 보다 온방향으로 1도(또는 그 이상) 더 회전하는 것이 바람직하다. 힌지는 미러판의 중심을 벗어나 부착되어야할 필요가 없음을 유의하라. 서로 기판으로부터 더 멀리 배치된 하나의 정지장치를 가짐으로써 동일한 회전 비대칭이 간단히 달성될 수 있다.
기판상에 정지장치를 형성하는 대안으로, 정지장치가 또한 도 8a 내지 도 8d에 도시된 바와 같이 미러구조상에, 예를 들어, 힌지구조상에 형성될 수 있다. 도 8a를 참조하면, 마이크로미러판(210)이 힌지(241)에 부착된다. 힌지(241)는 가시광에 투명한 유리기판(100)상에 형성된 힌지구조(263)에 의해 유지된다. 힌지구조(263)는 미러판(210)에 대해 각각 온상태 및 오프상태 각도를 정의하는 정지장치(270 및 275)를 더 구비한다. 특히, 미러판이 정지장치(270)에 닿는 경우 상기 미러판은 온상태에 이르게 된다. 마찬가지로, 미러판이 정지장치(275)에 닿는 경우 상기 미러판은 오프상태에 이르게 된다. 기판(10)상에 전극(282 및 283)은 도면에 도시된 바와 같이 반대 회전방향으로 미러판을 정전기적으로 변형시키기 위해 마이크로미러(264) 부근에 배치된다.
본 발명의 태양에 따르면, 오프상태는 도 8b에 도시된 바와 같이 비편향상태에 있는 미러판으로서 정의될 수 있다. 도 8b를 참조하면, 힌지구조(263)는 자연스러운 휴지상태(resting state)에서 기판(100)으로부터 멀리 만곡된 부분을 갖는다. 만곡힌지구조에 부착되는 마이크로미러판(210)은 외력(예컨대, 외부 전기장)없이 기판(100)에 대해 유한한 각도를 나타낸다. 힌지구조부의 곡률을 조절함으로써, 마이크로미러판과 기판 사이의 소정각도가 달성될 수 있다. 이 상황에서, 미러판을 오프상태로 회전하게 구동시키도록 설계된 전극(283)이 제거될 수 있다. 본 실시예에 따른 다른 특징으로서, 오프상태는 정지장치(242)에 의해 정지되는 미러판(210)으로서 정의될 수 있다. 대안으로, 정지장치(242)는 또한 도 8b에서 점선으로 도시된 힌지가 형성되는 힌지 지지체상에 형성될 수 있다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 전극(283)은 미러판을 오프상태로 회전하게 구동시키도록 설계된다. 대안으로, 이러한 오프상태용 전극은 도 8c에 도시된 바와 같이 유리기판의 하부면상에 배치된 전극막에 의해 대체될 수 있다. 도 8c를 참조하면, 전극막(272)이 유리기판(100)의 하부면상에 증착된다. 전극막(272)은 가시광에 투과성이며 전기 도전성이다. 물론, 반사방지막이 전극막(272)으로서 별개의 층일 수 있고, 유리기판의 일면상에 증착될 수 있다. 동작시, 전압이 유리기판상의 전극막에 인가되고, 전극막과 미러면사이에 전기장이 생성된다. 이 전기장에 응답하여, 미러판이 기판에 대하여 회전하게 되고 정지장치(275)에 닿을 때 정지되며, 이는 미러판의 오프상태를 정의한다. 전극(282)은 미러판의 온상태용으로 기판(110)상에 제공된다. 전위를 전극(282)에 인가함으로써, 전기장이 미러판과 전극(282) 사이에 확립된다. 미러판과 전극(282) 사이의 전기력이 미러판과 전극막(272) 사이의 전기력을 극복하면, 미러판(21)은 온상태로 회전된다. 예로서, 0볼트 및 18볼트가 오프상태 및 온상태를 위해 전극(282)에 각각 인가될 수 있다. 비작동 미러판을 오프상태로 유지하기 위해, 미러판(210)은 항상 30볼트로 유지되고, 전극막은 항상 18볼트로 유지된다. 물론, 본 명세서에 언급된 전압은 단지 예이며, 갭과 전극 및 미러판 사이의 상대적인 갭, 힌지 형태 및 힌지 재료 등에 기초하여 선택될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 전극(282)과는 다른 별개의 전극(예를 들어, 전극 267)이 미러판에 대해 오프상태를 달성하도록 형성된다. 도 8d를 참조하면, 전극(267)이 (도 2에 도시된 바와 같이 스트립 또는 격자 형태로) 유리기판(100)상에 형성된다. 전극(267)과 미러판(210) 사이에 전기장을 확립함으로써, 미러판(210)은 기판에 대해 오프상태 각도방향으로 회전된다. 이 회전은 오프상태를 정의하는 정지장치(275)에 의해 정지될 수 있다. 이 상황에서, 전극(267)은 전기도전성이다. 대안으로, 회전은 전극(267) 자체에 의해 정지될 수 있다. 이 상황에서, 전극(267)은 전기도전성이다. 대안으로 회전은 전극(267) 자체에 의해 정지될 수 있다. 전극(267)은 미러판과 전극(267) 사이의 전기 단락을 피하기 위해 유전재료로 피복된다.
상술한 마이크로미러 장치는 휴이버스(Huibers)의 미국특허 제5,835,256호 및 제6,046,840호에 개시된 방법과 같이 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 각각의 주제는 본 명세서에서 참조문헌으로 합체되어 있다. 본 발명의 마이크로미러 장치를 형성하는 예시적인 공정이 하기에 거론된다. 레이드(Reid)의 2001년 7월 20일자로 출원된 미국특허출원 제09/910,537호 및 2001년 6월 22일자로 출원된 제60/300,533호 모두는 본 발명의 다양한 구성요소에 사용될 수 있는 재료의 예를 포함한다. 이들 출원은 참조문헌으로 본 명세서에 합체되어 있다. 예시적인 공정은 단지 설명을 목적으로 하며 제한하는 것으로 해석되지 않아야 함을 당업자는 알아야 한다.
도 9a를 참조하면, 기판(100)이 제공된다. 미러판(237)은 기판상에 제 1 희생층(예를 들어, 비정질 실리콘)을 증착하고 그런 후 상기 제 1 희생층상에 미러판 층을 증착한 다음 필요에 따라 상기 증착된 미러판 층을 패터닝함으로써 상기 기판(100)상에 형성된다. 기판은 유리(예를 들어, 1737F, 이글(Eagle) 2000), 석영, 파이렉스(Pyrex)TM, 사파이어일 수 있다. 제 1 희생층은 희생재료의 선택에 따라 그리고 선택된 애칭액(etchant)에 따라 비정질 실리콘과 같은 임의의 적절한 재료이거나, 대안으로 폴리머 또는 폴리아미드, 또는 심지어 폴리실리콘, 실리콘 니트라이드(silicon nitride), 실리콘 디옥사이드(silicon dioxide) 등일 수 있다. 일실시예에서, 희생층은 단일의 텅스텐 또는 텅스텐 니트라이드과 같은 텅스텐을 구비한다. 제 1 희생층이 비정질 실리콘이면, 300 내지 350℃에서 증착될 수 있다. 제 1 희생층의 두께는 500Å 내지 50,000Å, 바람직하게는 25,000Å의 두께가 바람직하 지만 마이크로미러 크기 및 마이크로-마이크로미러의 소정 경사각도에 따라 범위가 폭넓을 수 있다. 제 1 희생층은 LPCVD 또는 PECVD와 같은 임의의 적절한 방법을 사용하여 기판상에 증착될 수 있다. 실시예의 또 다른 특징으로서, 반사방지막(미도시)이 기판의 표면상에 증착될 수 있다. 반사방지층이 기판의 표면으로부터 입사광의 반사를 줄이기 위해 증착된다. 대안으로, 다른 광강화층, UV 필터층, IR 필터층 등이 필요에 따라 유리기판의 표면 중 하나에 증착될 수 있다. 마이크로미러는 관심 스펙트럼(예컨대, 가시광 스펙트럼)에 입사광을 반사하도록 설계되기 때문에, 마이크로미러 판층은 입사광에 대해 높은 반사도(바람직하게는 90% 이상)을 보이는 하나 이상의 재료로 구성된다. 미러판용으로 예시적인 재료들로는 Al, Ti, AlSiCu 및 TiAl이다. 마이크로미러 판층의 증착시에, PVD가 바람직하게는 150℃에서 사용된다. 마이크로미러 판층의 두께는 소정의 가동부(예컨대, 탄성모듈), 마이크로미러의 크기, 마이크로미러판의 소정의 경사각도 및 전자적 성질(예컨대, 전도도) 및 마이크로미러판을 형성하기 위해 선택된 재료의 성질에 따라 범위가 폭넓을 수 있다. 본 발명에 따르면, 500Å 내지 5,000Å, 바람직하게는 약 2,500Å의 두께가 바람직하다. 마이크로미러판층의 패터닝시에, 표준 포토레지스트 패터닝 기술에 잇따라 예를 들어 CF4, Cl2 또는 마이크로미러판층의 특정재료에 따른 임의의 적절한 애칭액을 사용하는 에칭이 사용될 수 있다. 미러판은 도 10a, 도 10b 및 도 11에 도시된 형태와 같이 임의의 소정의 형태로 패턴화될 수 있다.
다시 도 9a 내지 도 9f를 참조하면, 패턴화된 미러판(237)상에, 제 2 희생층이 증착된 후에 잇따라 심도(deep via)(240)(도 9a 및 도 10a를 참조) 및 천도 (shallow via)(242)(도 9e 및 도 10a)를 형성하기 위해 상기 제 2 희생층이 패터닝된다. 제 2 희생층은 비정질 실리콘일수 있거나, 대안으로 제 1 희생층에 대하여 상술한 다양한 재료 중 하나 이상을 번갈아 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 희생층은 같을 필요는 없으나, 장래에, 이들 희생층을 제거하는 에칭공정이 단순화될 수 있도록 바람직한 실시예에서는 동일하다. 제 1 희생층과 마찬가지로, 제 2 희생층도 LPCVD 또는 PECVD와 같은 임의의 적절한 방법을 사용하여 기판상에 증착될 수 있다. 제 2 희생층이 비정질 실리콘을 포함하는 경우, 층은 350℃에서 증착될 수 있다. 제 2 희생층의 두께는 10,000Å의 크기일 수 있으나, 마이크로미러판과 힌지 사이의 (마이크로미러판과 기판에 수직방향으로) 소정 거리에 따라 2,000Å 내지 20,000Å 사이와 같이 임의의 적당한 두께로 조절될 수 있다. 힌지와 미러판은 적어도 0.5um의 해제후에 갭에 의해 분리되는 것이 바람직하다(이는 필요에 따라 적어도 1um 또는 심지어 2um 이상일 수 있다). 제 2 희생층은 또한 마이크로미러판의패터닝으로부터 남겨진 트렌치(trenches)에 채워질 수 있다.
제 2 희생층의 패터닝 후에, 층(220)이 증착되고 패턴화된다. 본 발명의 실시예에서, 층(220)은 도 9b에 도시된 바와 같이 층(221,222 및 223)을 더 포함하는 3중층 구조이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 층(221)은 바람직하게는 두께가 약 400 옹스트롬인 SiNx와 같은 유전체이다. 층(222)은 바람직하게는 두께가 약 400 옹스트롬인 TiNx와 같은 전기 도전성이다. 층(222)은 미러판의 오프상태용 전극으로 사용된다. 그리고 층(223)은 또한 바람직하게는 두께가 약 400 옹스트롬인 SiNx와 같은 유전체이다. 이들 3개의 층은 포스트 영역(도 9a) 또는 오프각도 접촉영역(도 9f)에 대해서가 아니라, 온각도 접촉영역(도 9d)에 대해 동시에 증착되고 패턴화될 수 있다. 증착 및 패터닝후에, 이들 3개의 층은 심도(240)와 천도(242)를 (에칭함으로써, 도 9e 참조) 미러판(237)에 노출된 천도(242)의 바닥 세그먼트와 함께 채운다. 층(220)상에, 바람직하게는 두께가 약 400 옹스트롬인 SiNx와 같이 바람직하게는 유전체인 층(224)이 증착된다(그리고 도 9d에 온각도 접촉영역에 패턴화된다). 이는 다음 층(225)으로부터 층(220)내에 층(222)을 절연하기 위한 것이다. 그런 후, 바람직하게는 두께가 약 200 옹스트롬인 TiNx와 같이 바람직하게는 전기도전성 재료인 층(225)이 증착된다. 층(225)의 증착 후에, 바람직하게는 두께가 약 3000 옹스트롬인 SiNx와 같이 바람직하게는 유전체인 층(226)이 증착된다. 층(226)에 잇따라, 힌지층이고 바람직하게는 전기 도전성 단일층 또는 다중층 구조인 층(235)이 증착된다. 그런 후, 층(225, 226 및 245)이 함께 패턴화되거나 모든 층(220, 224, 226 및 235)이 포스트 및 오프각도 접촉영역에 패턴화된다(도 9a 및 도 9f). 도 9d에서 접촉점 A는 도 9d에서 도시된 바와 같이 층(225)상에 전기도전성 접촉영역을 갖는다. 힌지층(235)은 전기도전성이다. 층(22) 및 층들(225/235)은 전기도전층임을 알 수 있다; 층(222)은 미러판을 오프상태로 변형시키는 전극으로서 작동하고, 층들(225/235)은 전위를 인가하기 위해 천도를 통해 미러판에 연결된다. 동작시, 층(22) 및 층들(225/235)은 다른 전위로 인가된다. 마지막으로, 기판 및 미러판 사이의 제 1 희생층 및 기판과 층(220) 사이의 제 2 희생층은, 예컨대, 크세논 디플 루오라이드(xenon difluoride)와 같은 적절한 자발적인 기상화학 에칭제를 사용하여 제거된다. 에칭동안, 불활성 가스(예컨대, He, N2, Ar 및 Xe)와 같은 다른 적절한 가스물질이 크세논 디플루오라이드와 혼합될 수 있다. 대안으로, 에칭제는 인터할로겐(interhalogen) 또는 불활성 가스 할로겐화물(halide)일 수 있다. 최종 해제에서 또는 중간 에칭단계에서 사용을 위해 언급된 상기 에칭제 및 에칭 방법 뿐만 아니라, 또한 자체적으로 또는 조합으로 사용될 수 있는 다른 것들도 있다. 이들 중 일부는 ACT, KOH, TMAH, HF(액체)와 같은 습식 에칭; 산소 플라즈마, SCCO2, 또는 초임계 CO2(에칭제로서 초임계 CO2의 사용이 미국특허출원 제10/167,272호에 설명되어 있고, 상기 문헌은 참조로서 본 명세서에 합체된다)을 포함한다. 물론, 선택된 에칭제 및 에칭방법은 제거되는 희생재료와 일치되어야 하고 필요로 하는 재료가 뒤에 남겨져야 한다.
본 발명의 실시예에서, 점 A는 미러판의 회전이 점 A에서 정지됨에 따라 미러판(237)용 온상태를 정의한다. 점 B는 마이크로미러판용 오프상태를 정의한다. 대안으로, 오프상태용의 별도의 정지장치(231)가 도면에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다. 본 발명의 태양으로서, 정지장치(231)는 또한 미러판을 오프상태로 회전하도록 구동시키 위한 전극으로서 사용될 수 있다. 정지장치(231)가 정지장치 및 전극 모두로서 사용되는 경우, 상기 정지장치(231)는 전기단락을 피하기 위해 유전재료의 층을 구비하는 것이 바람직하다.
도 10a를 참조하면, 제 1 및 제 2 희생층을 제거한 후에 마이크로미러 장치 의 일부가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 도전층(222) 및 층들(225 및 235)은 절연층(224)에 의해 분리된다. 도 10b는 가시광에 투명한 유리기판(100)상에 형성된 도 10a의 마이크로미러 장치의 어레이를 갖는 마이크로미러 어레이(104)를 도시한 것이다. 전극 어레이(113) 및 회로(미도시)를 갖는 또 다른 기판(100)이 정전기적으로 마이크로미러를 변형시키기 위해 마이크로미러 어레이 부근에 배치된다.
도 11을 참조하면, 또 다른 마이크로미러 어레이장치가 도시되어 있다. 마이크로미러 어레이장치는 가시광에 투명한 유리기판(100)상에 형성된 마이크로미러 어레이(103)를 포함한다. 전극 어레이(113) 및 회로(미도시)를 갖는 기판(110)이 정전기적으로 마이크로미러를 변형시키기 위해 마이크로미러 어레이 부근에 배치된다.
힌지 구조상에 연속적으로 미러판의 오프상태를 위해 전극 및 정지장치 모두를 형성하는 것 뿐만 아니라, 도 12에 도시된 바와 같이, 오프상태용 전극과 정지장치가 별개로 형성될 수 있다. 도 12를 참조하면, 미러판의 오프상태를 위해 설계된 정지장치(304) 및 전극(310)이 힌지구조에 별개로 형성된다. 팁 구조(308)는 미러판의 온상태용 정지장치로서 작동한다.
본 발명의 마이크로미러 장치는 (예를 들어, 마스크리스 리소그라피, 원자 스펙트로스코피, 마이크로미러 어레이의 마스크리스 제조, 신호처리, 현미경 등) 다양한 적용을 가지며, 그 적용 중 하나가 디스플레이 시스템들에 있다. 도 13a는 본 발명의 마이크로미러 어레이를 포함하는 공간 광변조기를 사용하는 간단한 예시적인 디스플레이 시스템을 나타낸다. 매우 기본적인 구성에서, 디스플레이 시스템 (100)은 광원(102), 광장치(예를 들어, 광파이프(104), 응집렌즈(106) 및 투사렌즈(108)), 디스플레이 타겟(112) 및 복수의 마이크로미러 장치(예컨대, 마이크로미러 장치의 어레이)를 더 포함하는 공간 광변조기(110)를 포함한다. 광원(102)(예컨대, 아크램프)은 광 적분기(light integrator)/파이프(104) 및 응집렌즈(106)를 통해 공간 광변조기(110)상에 광을 방출한다. 공간 광변조기(110)의 마이크로미러는 선택적으로 (예를 들어, 본 명세서에서 참조로 합체된 2002년 5월 14일자로 공표된 미국특허 제6,388,661호에 개시된 바와 같은) 제어기에 의해 작동되므로 "온"위치에서 입사광을 프로젝션 광학장치(108)로 반사시켜, 디스플레이 타겟(112)(스크린, 시청자의 눈, 광감광성 재료 등)상에 이미지가 나타나게된다. 일반적으로, 더 복잡한 광학시스템은 특히 도 13b의 디스플레이 시스템과 같은 컬러 이미지용 애플리케이션을 디스플레이하는데 종종 사용된다.
도 13b를 참조하면, 각각이 3원색(즉, 적색, 녹색, 및 청색) 중 하나를 변조하도록 설계되고 각각이 본 발명의 마이크로미러 어레이를 구비하는 3개의 공간 광변조기를 사용하는 디스플레이 시스템이 도시되어있다. 상기 디스플레이 시스템은 입사광을 3원색 광빔으로 분할하기 위한 다이크로익 프리즘(dichroic prism) 어셈블리(204)를 구비한다. 다이크로익 프리즘 어셈블리는 프리즘(176a, 176b, 176c, 176d, 176e, 및 176f)을 구비한다. 전반사(TIR, totally-internally-reflection) 표면, 즉 TIR 표면(205a, 205b, 및 205c)은 공기 갭에 면한 프리즘 표면에서 정의된다. 프리즘(176c 및 176e)의 표면(198a 및 198b)은 다이크로익 막으로 피복되어 다이크로익 표면을 생성한다. 특히, 다이크로익 표면(198a)은 녹색광은 반사시키고 다른 광은 투과시킨다. 다이크로익 표면(198b)은 적색광은 반사시키고 다른 광은 투과시킨다. 각각이 마이크로미러 어레이장치를 갖는 3개의 공간 광변조기(182, 184 및 186)는 프리즘 어셈블리 주위에 배치된다.
광학 시스템이 도 1a에서와 같이 하나의 마이크로미러 어레이장치 또는 도 1b 및 도 1c에서와 같이 다수의 마이크로미러 어레이장치를 사용하는지에 무관하게, 광 투과성 기판으로부터의 반사가 바람직하게 최소화된다. 동작시, 광원(102)으로부터 입사 백색광(174)이 프리즘(176b)으로 들어가고 TIR 표면(205a)의 임계 TIR각도 보다 더 큰 각도로 TIR 표면(205a)으로 지향된다. TIR 표면(205a)은 입사하는 백색광을 광간광변조기(186)로 전반사시키며, 상기 광간광변조기는 입사하는 백색광 중 청색광 성분을 변조하도록 설계된다. 다이크로익 표면(198a)에서, TIR 표면(205a)으로부터 전반사된 광의 녹색광 성분이 이로부터 분리되고 녹색광을 변조하도록 설계된 공간 광변조기(182)로 반사된다. 도시된 바와 같이, 분리된 녹색광은 소정각도로 공간 광변조기(182)를 조명하기 위해 TIR 표면(205a)에 의해 전반사를 겪을 수 있다. 이는 TIR 표면(205b)의 임계 TIR각도보다 더 큰 TIR 표면(205a)상에 분리된 녹색광의 입사각도를 조정함으로써 달성될 수 있다. TIR 표면(205a)으로부터 반사된 광의, 녹색광과는 다른, 나머지 광성분은 다이크로익 표면(198a)을 지나 다이크로익 표면(198b)에서 반사된다. 다이크로익 표면(198b)은 적색광 성분용으로 설계되어있기 때문에, 다이크로익 표면(198b)상으로 입사광의 적색성분이 이에 따라 분리되고 적색광을 변조하도록 설계된 공간 광변조기(184)로 반사된다. 마지막으로, 백색 입사광(백색광 174) 중 청색성분이 공간 광변조기 (186)에 도달하고 이에 의해 변조된다. 3개의 공간 광변조기의 동작을 조준함으로써, 적색광, 녹색광 및 청색광이 적절하게 변조될 수 있다. 변조된 적색광, 녹색광 및 청색광은 재수집되고 필요에 따라 투사렌즈(202)와 같은 광학소자를 통해 디스플레이 타겟(112)상으로 전달된다.
신규하고 유용한 공간 광변조기가 본 명세서에 기술되어있음을 당업자는 이해할 것이다. 그러나, 본 발명의 원리가 적용될 수 있는 많은 가능한 예들을 고려하여, 본 명세서에서 도면을 참조로 설명된 실시예들은 단지 예시적임을 가리키며 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 취해지지 않아야 함을 이해하여야 한다. 예를 들어, 당업자는 예시된 실시예들이 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 상세한 설명에서 변형될 수 있음을 알게 될 것이다. 따라서, 본 명세서에 기술된 본 발명은 하기 특허청구범위 및 그 균등물의 범위내에 있는 모든 실시예들을 고려한 것이다.
본 발명의 상세한 설명에 포함됨.

Claims (26)

  1. 광투명 기판상에 배열된 마이크로미러판을 각각 갖는 마이크로미러를 상기 광투명 기판상에 구비하는 픽셀 어레이;
    온위치에서 제 1 기설정된 각도로 상기 마이크로미러를 정지하기 위한 제 1 정지장치;
    오프위치에서 제 2 기설정된 각도로 상기 마이크로미러를 정지하기 위한 제 2 정지장치; 및
    상기 온위치 및 오프위치 사이에 상기 마이크로미러를 이동시키기 위한 적어도 하나의 전극을 구비하며,
    상기 제2 기설정된 각도는 상기 제1 기설정된 각도보다 작으며 제2 기설정된 각도와 반대방향을 갖는 공간 광변조기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 마이크로미러는 비편향 위치로부터 양의 각도에 있는 온위치로 제 1 전극에 의해 이동될 수 있고, 상기 비편향 위치에 대해 음의 각도에 있는 오프위치로 제 2 전극에 의해 이동될 수 있으며, 상기 제 2 전극은 상기 마이크로미러판에 대하여 상기 제1 전극과 반대측 상에 배치되는 공간 광변조기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 상기 마이크로미러를 비편향 위치로부터 10도 이상의 각도에 있는 온위치로 이동시키고, 상기 제 2 전극은 상기 마이크로미러를 -1도 내지 -8도의 각도에 있는 오프위치로 이동시키며,
    상기 제2 정지장치는 상기 마이크로미러판에 대하여 상기 제1 정지장치와 반대측 상에 배치되고, 상기 마이크로미러판은 상기 기판으로부터 기설정된 거리에서 -1도 내지 -8도의 각도에 있는 상기 제2 정지장치에 맞닿는 공간 광변조기.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로미러는 상기 마이크로미러와 상기 기판 사이에 배열된 힌지(hinge)에 의해 유지되는 공간 광변조기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 힌지는 마이크로미러판의 중심이 아닌 지점에서 상기 마이크로미러판에 연결되는 공간 광변조기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 힌지는 상기 마이크로미러판과 다른 평면에 배치되는 공간 광변조기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로미러판은 상기 온위치 및 상기 오프위치 중 적어도 하나에서 상기 기판에 맞닿는 공간 광변조기.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 마이크로미러판은 상기 온위치 및 상기 오프위치 중 적어도 하나에서 돌출부에 맞닿고, 상기 돌출부는 상기 마이크로미러판과 상기 제 1 전극 사이의 갭에 배치되는 공간 광변조기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 마이크로미러를 상기 기판에 유지시키는 포스트(post)에 연결되는 공간 광변조기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 픽셀은 별개의 동작가능한 제 1 전극을 구비하고 다수의 픽셀은 공통의 제 2 전극을 공유하는 공간 광변조기.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 입사 가시광의 반사를 감소시키는 상기 기판상의 반사방지 코팅인 공간 광변조기.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극과 같이 마이크로미러판에 대하여 동일측 상에 배치되고, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극보다 상기 마이크로미러판에 더 근접 배치되는 공간 광변조기.
  14. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 포스트를 통해 상기 기판에 유지되고 상기 제 1 전극은 상기 기판에 접합된 제 2 기판상에 배치되는 공간 광변조기.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 제 1 마이크로미러 그룹을 동작시키고, 상기 공통의 제 2 전극으로부터의 전압은 상기 제 1 마이크로미러 그룹이 아닌 마이크로미러를 편향시키는 공간 광변조기.
  16. 제 2 항에 있어서,
    상기 각 픽셀의 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 중 적어도 하나는 상기 기판 부근에 위치된 제 2 기판상에 배치되는 공간 광변조기.
  17. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 제2 정지장치의 일부이며, 상기 제2 정지장치는 다중층 구조를 갖는 공간 광변조기.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 공통의 제 2 전극은 한번에 모든 픽셀에 정전기력을 인가하는데 사용되는 도전성 그리드(conductive grid)인 공간 광변조기.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 가시광에 투명한 기판인 공간 광변조기.
  20. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 제 1 전압원에 연결되고, 상기 제 2 전극은 제 2 전압원에 연결되는 공간 광변조기.
  21. 각각의 마이크로미러에 대해 제 1 전극 및 제 2 전극을 제공하는 단계;
    상기 마이크로미러를 온상태가 필요한 경우 상기 온상태인 제 1 각도로 회전시키기 위해 제 1 전극에 제 1 전압을 인가하는 단계; 및
    상기 마이크로미러를 오프상태가 필요한 경우 상기 오프상태인 제 2 각도로 회전시키기 위해 제 2 전극에 제 2 전압을 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 전극은 하나는 상기 마이크로미러 위에 그리고 다른 하나는 상기 마이크로미러 아래에 있도록 상기 마이크로미러의 대향측 상에 배치되며,
    상기 제2 각도는 상기 제1 각도보다 작으며 제2 각도와 반대방향을 갖는, 광투과성 기판상에 마이크로미러를 갖는 픽셀 어레이를 구비하는 공간 광변조기 동작방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 정지장치를 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제 1 정지장치는 상기 마이크로미러를 상기 제 1 각도에서 정지시키고 상기 제 2 정지장치는 상기 마이크로미러를 상기 제 2 각도에서 정지시키는 공간 광변조기 동작방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 전압의 제거 후에 상기 제 2 전압이 인가되는 공간 광변조기 동작방법.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 2 전압은 상기 마이크로미러가 상기 제 1 및 제 2 전압에 의해 온상태에서 오프상태로 회전하도록 상기 제 1 전압의 크기보다 더 큰 전압을 갖는 공간 광변조기 동작방법.
  25. 투사 시스템용의 광을 제공하는 광원;
    상기 광을 공간 광변조기로 지향시키는 응집렌즈; 및
    디스플레이 타겟을 구비하고,
    상기 공간 광변조기는
    광투과성 기판상에 배열된 마이크로미러판을 각각 구비하는 마이크로미러를 상기 광투과성 기판상에 구비하는 픽셀 어레이;
    상기 마이크로미러를 온위치에 있는 제 1 기설정된 각도에서 정지시키는 제 1 정지장치;
    상기 마이크로미러를 오프위치에 있는 제 2 기설정된 각도에서 정지시키는 제 2 정지장치; 및
    상기 온위치와 상기 오프위치 사이에 상기 마이크로미러를 이동시키기 위한 적어도 하나의 전극을 구비하며,
    상기 제2 기설정된 각도는 상기 제1 기설정된 각도보다 작으며 제2 기설정된 각도와 반대방향을 갖는 투사 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서,
    입사광을 3원색 광빔으로 분할하기 위한 다이크로익 프리즘 어셈블리를 더 구비하며,
    상기 공간 광 변조기는 각각 녹색, 적색 및 청색을 포함하는 삼원색 중 하나를 변조하도록 설계된 세 개의 공간 광 변조기를 포함하는 투사 시스템.
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