KR19980040068A - 광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절장치의 제조 방법 - Google Patents

광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

광효율을 극대화할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은, M×N개의 트랜지스터가 매트릭스 형태로 내장되고 일측 표면에 드레인이 형성된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 멤브레인을 형성하는 단계, 상기 멤브레인의 상부에 화상 신호가 인가되는 하부전극을 형성하는 단계, 상기 하부전극의 상부에 전계에 따라 변형을 일으키는 변형층을 형성하는 단계, 상기 변형층의 상부에 바이어스 전압이 인가되는 상부전극을 형성하는 단계, 상기 상부전극, 상기 변형층, 상기 하부전극 및 상기 멤브레인을 차례로 패터닝하는 단계, 그리고 상기 패터닝된 멤브레인의 상부에 거울을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법에 따르면, 변형을 일으키는 구동부와 입사되는 광속을 반사하는 거울부를 분리하고 구동부의 면적을 축소하는 동시에 거울부의 면적을 확대함으로서 입사되는 광속의 광효율을 극대화할 수 있으며, 스크린에 투영되는 화상의 화질을 향상시킬 수 있다.

Description

광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법
본 발명은 박막형 광로 조절 장치인 AMA(Actuated Mirror Arrays)의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소정의 각도로 변형을 일으키는 구동부와 입사되는 광속을 반사하는 거울부를 분리하고 구동부의 면적을 축소하는 동시에 거울부의 면적을 확대함으로서 입사되는 광속의 광효율을 극대화할 수 있으며, 스크린(screen)에 투영되는 화상의 화질을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 광속을 조절하여 화상을 형성할 수 있는 광로 조절 장치는 크게 두 종류로 구분된다. 그 한 종류는 직시형 화상 표시 장치로서 CRT(Cathode Ray Tube) 등이 있으며, 다른 한 종류는 투사형 화상 표시 장치로서 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display：LCD), 또는 DMD(Deformable Mirror Device), AMA 등이 이에 해당한다. 상기 CRT 장치는 화상의 질은 우수하지만 화면의 대형화에 따라 장치의 중량과 용적이 증가하며 그 제조 비용이 상승하게 되는 문제점이 있다. 이에 비하여 액정 표시 장치(LCD)는 광학적 구조가 간단하여 얇게 형성할 수 있어 그 중량 및 용적을 줄일 수 있는 장점이 있다. 그러나 상기 액정 표시 장치(LCD)는 입사되는 광속의 편광으로 인하여 1∼2％의 광효율을 가질 정도로 효율이 저하되며, 액정 물질의 응답 속도가 느리고 내부가 과열되기 쉬운 문제점이 있다.
따라서 상기 문제점들을 해결하기 위하여 DMD, 또는 AMA 등의 화상 표시 장치가 개발되었다. 현재, DMD 장치가 5％ 정도의 광효율을 가지는 것에 비하여 AMA 장치는 10％ 이상의 광효율을 얻을 수 있다. 또한 AMA 장치는 콘트라스트(contrast)를 향상시켜 보다 밝고 선명한 화상을 맺을 수 있으며, 입사되는 광속의 극성에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 반사되는 광속의 극성에 영향을 끼치지도 않는다. 이러한 미합중국 특허 제5,126,836호(issued to Gregory Um)에 개시된 AMA의 엔진 시스템의 개략도를 도 1에 도시하였다.
도 1에 도시한 바와 같이, 광원(1)으로부터 입사된 광속은 제1 슬릿(slit)(3) 및 제1 렌즈(5)를 지나면서 R·G·B(Red·Green·Blue) 표색계에 따라 분광된다. 상기 R·G·B 별로 분광된 광속은 각기 제1 거울(7), 제2 거울(9) 및 제3 거울(11)에 의하여 반사되어 각각의 거울에 대응하여 설치된 AMA 소자들(13)(15)(17)로 입사된다. 상기 R·G·B 별로 형성된 AMA 소자들(13)(15)(17)은 각기 내부에 구비된 거울들을 소정의 각도로 경사지게 하여 입사된 광속을 반사시킨다. 이 때, 상기 거울은 거울의 하부에 형성된 변형층(active layer)의 변형에 따라 기울게 된다. 상기 AMA 소자들(13)(15)(17)로부터 반사된 빛은 제2 렌즈(19) 및 제2 슬릿(21)을 통과한 후, 투영렌즈(23)에 의하여 스크린(도시되지 않음)에 투영되어 화상을 맺게 된다.
상기 변형층의 구성 물질로서는 대부분의 경우 산화 아연(ZnO)이 사용된다. 그러나, PZT(lead zirconate titanate, Pb(Zr, Ti)O3)가 산화아연 보다 더 우수한 압전 특성을 가진다는 사실이 근래에 알려져왔다. 상기 PZT는 PbZrO3와 PbTiO3의 완전 고용체(solid solution)로서 고온에서는 결정 구조가 입방정(cubic)인 상유전상(paraelectric phase)으로 존재하며, 상온에서는 Zr과 Ti의 조성비에 따라 결정 구조가 사방정(orthorhombic)인 반강유전상(antiferroelectric phase), 능면체정(rhombohedral)인 강유전상(ferroelectric phase), 그리고 정방정(tetragonal)인 강유전상으로 존재한다.
이러한 PZT의 이원 상태도(binary phase diagram)을 도 2에 도시하였다. 도 2를 참조하면, Zr과 Ti의 조성비가 약 1：1인 조성에서 정방정상(tetragonal phase)과 능면체정상(rhombohedral phase)의 상경계(Morphotropic Phase Boundary：MPB)가 있으며, PZT는 상기 상경계(MPB)의 조성에서 최대의 유전 특성(dielectric property) 및 압전 특성을 나타낸다. 상기 상경계는 특정 조성에 위치하지 않고 비교적 넓은 조성 범위에 걸쳐 정방정상과 능면체정상이 공존하는 영역으로 되어 있으며, 상공존 영역(phase coexistent region)은 연구자에 따라 2∼3mol％에서 15mol％에 이르기까지 각기 다르게 보고되어 있다. 이러한 상공존의 원인으로서는 열역학적 안정성(thermodynamic stability), 조성의 불균일성(compositional fluctuation), 내부 응력(internal stress) 등의 여러 가지 이론들이 제시되고 있다. 현재, PZT 박막(thin film)은 스핀 코팅(spin coating) 방법, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition：CVD) 방법, 스퍼터링(sputtering) 방법 등과 같은 다양한 공정을 이용하여 제조할 수 있다.
이러한 광로 조절 장치인 AMA는 크게 벌크(bulk)형과 박막(thin film)형으로 구분된다. 상기 벌크형 광로 조절 장치는 미합중국 특허 제5,085,497호(issued to Gregory Um et al.)에 개시되어 있다. 벌크형 광로 조절 장치는 다층 세라믹을 얇게 절단하여 내부에 금속 전극이 형성된 세라믹 웨이퍼(wafer)를 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(active matrix) 상에 장착한 후, 쏘잉(sawing) 방법으로 가공하고 그 상부에 거울을 설치하여 이루어진다. 그러나 벌크형 광로 조절 장치는 설계 및 제조에 있어서 높은 정밀도가 요구되고 변형층의 응답 속도가 느리다는 문제점이 있다. 이에 따라 반도체 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 광로 조절 장치가 개발되었다.
상기 박막형 광로 조절 장치는 본 출원인이 특허출원한 특허출원 제96-42197호(발명의 명칭：멤브레인의 스트레스를 조절할 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법)에 개시되어 있다. 도 3은 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 4는 도 3에 도시한 장치를 A­A′선으로 자른 단면도를 도시한 것이며, 도 5a 내지 도 5c는 도 4에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 박막형 광로 조절 장치는 일측 상부에 드레인(drain)(49)이 형성된 액티브 매트릭스(active matrix)(41)와 액티브 매트릭스(41)의 상부에 형성된 액츄에이터(actuator)(43)를 포함한다.
상기 액티브 매트릭스(41)는 액티브 매트릭스(41) 및 드레인(49)의 상부에 적층된 보호층(passivation layer)(51)과 보호층(51)의 상부에 적층된 식각 방지층(etch stop layer)(53)을 포함한다. 상기 액티브 매트릭스(41)의 내부에는 M×N개의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터(transistor)(도시되지 않음)가 내장되어 있다.
상기 액츄에이터(43)는 상기 식각 방지층(53) 중 아래에 드레인(49)이 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(air gap)(55)을 개재하여 상기 식각 방지층(53)과 평행하도록 적층된 멤브레인(membrane)(57), 멤브레인(57)의 상부에 적층된 하부전극(bottom electrode)(61), 하부전극(61)의 상부에 적층된 변형층(active layer)(63), 변형층(63)의 일측 상부에 적층된 상부전극(top electrode)(65), 변형층(63)의 타측으로부터 하부전극(61), 멤브레인(57), 식각 방지층(53) 및 보호층(51)을 통하여 상기 드레인(49)까지 형성된 비어 홀(via hole)(68), 그리고 비어 홀(68) 내에 상기 하부전극(61)과 드레인(49)이 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 비어 컨택(via contact)(69)을 포함한다.
도 3을 참조하면, 멤브레인(57)의 일측은 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성된다. 상기 멤브레인(57)의 타측은 상기 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 가진다. 그러므로, 상기 멤브레인(57)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 멤브레인의 오목한 부분이 끼워지고, 상기 사각형 형상의 돌출부가 인접한 멤브레인의 오목한 부분에 끼워지게 된다.
이하 상술한 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 5a 내지 도 5d는 도 4에 도시한 장치의 제조 공정도이다. 도 5a내지 도 5d에 있어서, 도 4와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 5a를 참조하면, M×N개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 일측 상부에 드레인(49)이 형성된 액티브 매트릭스(41)의 상부에 인 실리케이트 유리(Phospho-Silicate Glass：PSG)로 구성된 보호층(51)을 적층한다. 보호층(51)은 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 1．0∼2．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 보호층(51)은 후속하는 공정 동안 액티브 매트릭스(41)를 보호한다.
상기 보호층(51)의 상부에는 질화물(nitride)로 구성된 식각 방지층(53)이 적층된다. 식각 방지층(53)은 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD：LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(53)은 후속하는 식각 공정 동안 보호층(51) 및 액티브 매트릭스(41) 등이 식각되는 것을 방지한다. 식각 방지층(53)의 상부에는 희생층(sacrificial layer)(56)이 적층된다. 희생층(56)은 인(P)의 농도가 높은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD：APCVD) 방법을 이용하여 1．0∼2．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 희생층(56)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(41)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(56)의 표면을 스핀 온 글래스(Spin On Galss：SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 희생층(56) 중 아래에 드레인(49)이 형성되어 있는 부분을 식각하여 식각 방지층(53)의 일부를 노출시킨다.
도 5b를 참조하면, 멤브레인(57)은 상기 노출된 식각 방지층(53)의 상부 및 희생층(56)의 상부에 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께로 적층된다. 상기 멤브레인(57)은 실리콘 카바이드(silicon carbide)를 PECVD(Plasma Enhanced CVD) 방법을 이용하여 200∼300℃의 온도에서 형성된다. 이 때, 상기 실리콘 카바이드는 액상(liquid) C6H18Si2로부터 발생한 실리콘(Si)과 탄소(C)를 증착시켜 제조한다. 또는, 상기 실리콘 카바이드는 SiH4와 CH4의 혼합체로부터 발생한 실리콘과 탄소를 증착시켜 제조할 수 있다. 계속하여, 멤브레인(57) 내의 스트레스를 조절하기 위하여 600℃ 이하의 온도에서 실리콘 카바이드로 구성된 멤브레인(57)을 열처리(annealing)한다.
상기 멤브레인(57)의 상부에는 백금(Pt), 또는 탄탈륨(Ta) 등의 금속으로 구성된 하부전극(61)이 적층된다. 하부전극(61)은 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 신호 전극인 하부전극(61)에는 액티브 매트릭스(41)에 내장된 트랜지스터로부터 발생한 화상 신호가 상기 드레인(49) 및 비어 컨택(69)을 통하여 인가된다. 그리고, 하부전극(61)을 각 픽셀(pixel)별로 분리하기 위하여 식각하여 패터닝한다.
도 5c를 참조하면, 상기 하부전극(61)의 상부에 PZT, 또는 PLZT로 구성된 변형층(63)을 적층한다. 변형층(63)은 졸-겔(Sol-Gel)법을 이용하여 0．1∼ 1．0㎛, 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한 후, 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing：RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨다. 변형층(63)은 상기 상부전극(65)과 하부전극(61) 사이에 발생하는 전계로 인하여 변형을 일으킨다. 상부전극(67)은 변형층(63)의 일측 상부에 적층된다. 상부전극(67)은 알루미늄(Al), 또는 백금 등의 전기 전도성 및 반사성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 공통 전극인 상부전극(57)에는 바이어스 전압이 인가되어 하부전극(61)과 상부전극(57) 사이에 전계가 발생하게 된다. 또한, 상부전극(57)은 광원으로부터 입사되는 광속을 반사하는 거울의 기능도 함께 수행한다. 이어서, 상부전극(65)을 패터닝(patterning)하여 중앙부에 스트라이프(stripe)(67)를 형성한다. 스트라이프(67)는 상부전극(65)을 균일하게 작동시켜 입사되는 광속이 난반사되는 것을 방지한다.
도 5d를 참조하면, 상부전극(65)을 소정의 형상으로 패터닝한 후, 변형층(63)의 타측 상부로부터 드레인(49)의 상부까지 변형층(63), 하부전극(61), 멤브레인(57), 식각 방지층(53) 및 보호층(51)을 순차적으로 식각하여 상기 변형층(63)으로부터 드레인(49)까지 수직하게 비어 홀(68)을 형성한다. 이어서, 텅스텐(W), 백금, 또는 티타늄(Ti) 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 드레인(49)과 하부전극(61)이 전기적으로 연결되도록 비어 컨택(69)을 형성한다. 따라서, 비어 컨택은(69)은 상기 비어 홀(68) 내에서 상기 하부전극(61)으로부터 드레인(49)의 상부까지 수직하게 형성된다. 그러므로, 액티브 매트릭스(41)에 내장된 트랜지스터로부터 발생한 화상 신호는 드레인(49) 및 비어 컨택(69)을 통하여 하부전극(61)에 인가된다. 계속해서, 상기 변형층(63), 하부전극(61), 멤브레인(57)을 차례로 패터닝한 후, 상기 희생층(56)을 플루오르화 수소(HF) 증기로 식각하여 에어 갭(55)을 형성한다. 상기와 같이 박막형 AMA 소자를 완성한 후, 백금-탄탈륨(Pt-Ta)을 스퍼터링 방법을 이용하여 액티브 매트릭스(41)의 하단에 증착시켜 저항 컨택(ohmic contact)(도시하지 않음)을 형성한다. 이어서, 액티브 매트릭스(41) 상부에 포토 레지스트(photo resist)(도시하지 않음)를 코팅(coating)한 후, 후속하는 공통 전극인 상부전극(65)에 바이어스 전압을 인가하는 동시에 신호 전극인 하부전극(61)에 화상 신호를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package)(도시되지 않음) 본딩(bonding)을 대비하여 액티브 매트릭스(41)를 자른다. 이 때, 후속되는 공정을 위하여 액티브 매트릭스(41)를 ⅓정도의 두께까지만 잘라 낸다. 계속하여, TCP 본딩에 요구되는 AMA 패널(pannel)의 패드(도시하지 않음)를 노출시키기 위해 AMA 패널의 패드 부위를 건식 식각 방법을 이용하여 식각한다. 상기와 같이 박막형 AMA 소자가 형성된 액티브 매트릭스(41)를 소정의 형상으로 완전히 잘라낸 후, AMA 패널의 패드와 TCP를 연결하여 박막형 AMA 모듈(module)의 제조를 완성한다.
그러나 상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 광속을 반사하는 거울부의 면적 보다 소정의 각도로 변형을 일으키는 구동부의 면적이 더 넓음으로 인하여 소자의 실제 면적에 비하여 입사되는 광속에 비하여 반사되는 광속이 적게되어 광효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이 스트라이프(67)를 중심으로 일측의 소정의 각도로 구동하는 구동부가 타측의 입사되는 광속을 반사하는 거울부 보다 넓은 관계로 소자의 실제 면적에 비하여 광효율이 떨어지게 된다.
또한, 구동부 중 거울부와 인접하는 부분에서 입사되는 광속이 반사됨으로 인하여 거울부에서 반사되는 광속과 광산란을 일으켜 스크린에 투영되는 화상의 화질을 저하시키는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 소정의 각도로 변형을 일으키는 구동부와 광속을 반사하는 거울부를 분리하여 형성하고, 구동부의 면적을 축소하는 동시에 거울부의 면적을 크게하여 광효율을 극대화시키며 스크린에 투영되는 화상의 화질을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공함에 있다.
도 1은 종래의 박막형 광로 조절 장치의 엔진 시스템의 개략도이다.
도 2는 PZT의 이원 상태도이다.
도 3은 본 출원인의 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
도 4는 도 2의 장치를 A­A′선으로 자른 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 4에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시한 장치의 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시한 장치를 B­B′선으로 자른 단면도이다.
도 9 내지 도 14b는 도 7 및 도 8에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
도 16은 도 15에 도시한 장치의 사시도이다.
도 17은 도 16에 도시한 장치를 C­C′선으로 자른 단면도이다.
도 18 내지 도 22b 는 도 16 및 도 17에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도 23은 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.도 24는 도 23에 도시한 장치의 사시도이다.
도 25는 도 24에 도시한 장치를 D­D′선으로 자른 단면도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
100：액티브 매트릭스 105：드레인
110：보호층 115：식각 방지층
120：멤브레인 125：하부전극
130：변형층 140：상부전극
145：비어 홀 150：비어 컨택
160, 180：거울 175：거울 지지부
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 매트릭스 형태로 내장되고 일측 표면에 드레인이 형성된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계;
상기 액티브 매트릭스의 상부에 멤브레인을 형성하는 단계;
상기 멤브레인의 상부에 화상 신호가 인가되는 하부전극을 형성하는 단계;
상기 하부전극의 상부에 전계에 따라 변형을 일으키는 변형층을 형성하는 단계;
상기 변형층의 상부에 바이어스 전압이 인가되는 상부전극을 형성하는 단계;
상기 상부전극, 상기 변형층, 상기 하부전극 및 상기 멤브레인을 차례로 패터닝하는 단계; 그리고
상기 패터닝된 멤브레인의 상부에 거울을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 매트릭스 형태로 내장되고 일측 표면에 드레인이 형성된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계;
상기 액티브 매트릭스의 상부에 멤브레인을 형성하는 단계;
상기 멤브레인의 상부에 화상 신호가 인가되는 하부전극을 형성하는 단계;
상기 하부전극의 상부에 전계에 따라 변형을 일으키는 변형층을 형성하는 단계;
상기 변형층의 상부에 바이어스 전압이 인가되는 상부전극을 형성하는 단계;
상기 상부전극, 상기 변형층 및 상기 하부전극을 차례로 패터닝하여 각기 2개의 상부전극, 2개의 변형층 및 2개의 하부전극을 형성하는 단계;
상기 멤브레인을 패터닝하는 단계; 그리고
상기 패터닝된 멤브레인의 상부에 거울을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 상부전극에는 TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 바이어스 전압이 인가된다. 동시에 상기 TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 전달된 화상 신호는 상기 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터와 드레인 및 비어 컨택을 통하여 하부전극에 인가된다. 따라서, 상부전극과 하부전극 사이에 전계가 발생하며, 이 전계에 의하여 상부전극과 하부전극 사이의 변형층이 변형을 일으킨다. 변형층은 전계에 대하여 수직한 방향으로 수축하며, 따라서, 변형층 및 멤브레인을 포함하는 액츄에이터는 소정의 각도를 가지고 휘어진다. 광원으로부터 입사되는 광속을 반사하는 거울은 상기 멤브레인의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터와 같은 구동 각도로 경사진다. 이에 따라서, 거울은 입사되는 광속을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광속은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 2개의 상부전극에는 TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 바이어스 전압이 인가된다. 동시에 상기 TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 전달된 화상 신호는 상기 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터와 드레인 및 2개의 비어 컨택을 통하여 2개의 하부전극에 인가된다. 따라서, 상기 2개의 상부전극과 2개의 하부전극 사이에 각각 전계가 발생하며, 이 전계에 의하여 2개의 상부전극과 2개의 하부전극 사이의 2개의 변형층이 변형을 일으킨다. 상기 2개의 변형층은 각각 전계에 대하여 수직한 방향으로 수축하며, 따라서, 상기 2개의 변형층 및 멤브레인을 포함하는 액츄에이터는 소정의 각도로 휘어진다. 광원으로부터 입사되는 광속을 반사하는 거울은 상기 멤브레인의 상부에 형성되어 있으므로 상기 액츄에이터와 같은 구동 각도로 경사지게 된다. 이에 따라서, 거울은 입사되는 광속을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광속은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺을 수 있다.
그러므로, 본 발명에 따른 상기 장치는 구동부에 포함되는 멤브레인이 양측부는 양측 지지부로부터 연장된 직사각형 형상의 암의 형상을 갖고, 중앙부는 이러한 암들 사이에 암들보다 넓은 면적을 갖는 사각형 형상의 평판이 동일 평면 상에서 상기 암들과 일체로 형성된 형상을 가지거나, 2개의 소정의 간격으로 분리된 사각형 형상의 평판의 형상을 갖는다. 거울은 상기 멤브레인의 중앙부 상부에 상기 멤브레인의 중앙부와 동일한 형상, 또는 보다 넓은 면적을 갖는 평판의 모양으로 형성된다. 상기와 같이 거울을 구동부와 분리하여 형성함으로서 광효율을 최대로 향상시킬 수 있으며, 화상의 화질을 종래에 비하여 현저하게 향상시킬 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 박막형 광로 조절 장치를 상세히 설명한다.
[실시예 1]
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이고, 도 7은 도 6에 도시한 장치의 사시도를 도시한 것이며, 도 8은 도 7에 도시한 장치를 B­B′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 6, 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(100)와 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 액츄에이터(170) 및 거울(160)을 포함한다. 상기 액티브 매트릭스(100)는 액티브 매트릭스(100)의 일측 상부에 형성된 드레인(105), 액티브 매트릭스(100) 및 드레인(105)의 상부에 적층된 보호층(passivation layer)(110), 그리고 보호층(110)의 상부에 적층된 식각 방지층(etch stop layer)(115)을 포함한다.
도 8을 참조하면, 상기 액츄에이터는(170) 상기 식각 방지층(115) 중 하부에 드레인(105)이 형성된 부분에 그 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(118)을 개재하여 식각 방지층(115)과 평행하도록 적층된 멤브레인(120), 멤브레인(120)의 상부에 적층된 하부전극(bottom electrode)(125), 하부전극(125)의 상부에 적층된 변형층(active layer)(130), 변형층(130)의 일측 상부에 적층된 상부전극(top electrode)(140), 변형층(130)의 타측으로부터 변형층(130), 하부전극(125), 멤브레인(120), 식각 방지층(115) 및 보호층(110)을 통하여 상기 드레인(105)까지 수직하게 형성된 비어 홀(via hole)(145), 그리고 비어 홀(145) 내에 상기 하부전극(125)과 드레인(105)이 전기적으로 연결되도록 수직하게 형성된 비어 컨택(via contact)(150)을 포함한다.
또한, 도 7을 참조하면, 상기 멤브레인(120)은 양측 지지부로부터 평행하게 형성된 2개의 직사각형 형상의 암(arm)들의 사이에 사각형 형상의 평판이 동일 평면 상에서 상기 암들과 일체로 형성되어 있는 형상을 갖는다. 상기 멤브레인(120)의 사각형 형상의 평판의 상부에는 거울(160)이 형성된다. 따라서, 상기 거울(160)은 사각형 모양의 평판의 형상을 갖는다.
이하 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 9 내지 도 14b 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 공정도를 도시한 것이다. 도 9 내지 도 14b에 있어서, 도 6 내지 도 8과 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 9를 참조하면, M×N개의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되어 있고, 그 일측 상부에 드레인(105)이 형성되어 있는 액티브 매트릭스(100)의 상부에 보호층(110)을 적층한다. 보호층(110)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 보호층(110)은 후속하는 공정 동안 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)가 손상을 입게 되는 것을 방지한다.
상기 보호층(110)의 상부에는 식각 방지층(115)이 적층된다. 식각 방지층(115)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(115)은 상기 액티브 매트릭스(100) 및 보호층(110)이 후속되는 식각 공정으로 인하여 식각되는 것을 방지한다.
상기 식각 방지층(115)의 상부에는 희생층(117)이 적층된다. 희생층(117)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법으로 0．5∼4．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 희생층(117)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 상기 희생층(117)의 표면을 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 상기 희생층(117) 중 아래에 드레인(105)이 형성되어 있는 부분을 식각하여 상기 식각 방지층(117)의 일부를 노출시킴으로서 액츄에이터(170)의 지지부가 형성될 곳을 만든다.
도 10을 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(115)의 상부 및 희생층(117)의 상부에 멤브레인(membrane)(120)을 적층한다. 멤브레인(120)은 질화물(nitride)을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 백금, 또는 백금-탄탈륨 등의 금속으로 구성된 신호 전극인 하부전극(125)을 상기 멤브레인(120)의 상부에 적층한다. 상기 하부전극(125)은 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 하부전극(125)에는 화상 신호가 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터로부터 드레인(105)을 통하여 인가된다.
상기 하부전극(125)의 상부에는 변형층(130)이 적층된다. 변형층(130)은 PZT, 또는 PLZT 등의 압전 물질을 졸-겔(Sol-Gel)법, 스퍼터링(sputtering) 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛, 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing：RTA) 방법을 이용하여 상기 변형층(130)을 상변이시킨다.
상부전극(140)은 상기 변형층(130)의 상부에 적층된다. 상부전극(140)은 알루미늄, 백금, 또는 은 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 상부전극(140)은 공통 전극으로서 바이어스 전압이 인가된다. 따라서, 상기 하부전극(125)에 화상 신호가 인가되고 상부전극(140)에 바이어스 전압이 인가되면, 상부전극(140)과 하부전극(125) 사이에 전계가 발생한다. 이 전계에 의하여 상기 변형층(130)이 변형을 일으키게 된다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 상기 상부전극(140)의 상부에 제1 포토 레지스트(photo resist)(도시되지 않음)를 스핀 코팅(spin coating) 방법으로 도포한 후, 상부전극(140)이 거울상의‘ㄷ’자의 형상을 가지도록 패터닝한다. 이어서, 상기 제1 포토 레지스트를 제거한 후, 상기 패터닝된 상부전극(140) 및 변형층(130)의 상부에 제2 포토 레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 후, 상기 변형층(130)이 상기 상부전극(140) 보다 약간 넓은 거울상의‘ㄷ’자의 형상을 갖도록 패터닝한다. 계속하여, 상기 제2 포토 레지스트를 제거한 후, 상기 상부전극(140), 변형층(130) 및 하부전극(125)의 상부에 제3 포토 레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 후, 상기 하부전극(125)을 상기 변형층(130) 보다 약간 넓은 거울 상의‘ㄷ’자의 형상을 갖도록 패터닝한다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 상기 변형층(130) 중 아래에 드레인(105)이 형성된 부분으로부터 변형층(130), 하부전극(125), 멤브레인(120), 식각 방지층(115), 그리고 보호층(110)을 차례로 식각하여 비어 홀(145)을 형성한 후, 비어 홀(145)의 내부에 텅스텐, 백금, 알루미늄, 또는 티타늄 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 드레인(105)과 하부전극(125)이 전기적으로 연결되도록 비어 컨택(150)을 형성한다. 비어 컨택은(150)은 상기 비어 홀(145) 내에서 상기 하부전극(125)으로부터 드레인(105)의 상부까지 수직하게 형성된다. 따라서, 화상 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터로부터 드레인(105) 및 비어 컨택(150)을 통하여 하부전극(125)에 인가된다. 이후에, 상기 제3 포토 레지스트를 식각하여 제거한다.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, 상기 패터닝된 하부전극(125) 및 비어 홀(145)의 상부에 제4 포토 레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 후, 멤브레인(120)의 양측 지지부로부터 연장된 부분은 상기 하부전극(125) 보다 약간 넓은 직사각형의 형상을 가지며, 이와 일체로 형성된 멤브레인(120)의 중앙부는 사각형 형상의 평판으로 형성되도록 패터닝한다. 즉, 도 13b에 도시한 바와 같이 멤브레인(120)은 양측 지지부로부터 직사각형 형상의 암들이 형성되고, 이러한 암들 사이에 암들보다 넓은 면적을 갖는 사각형 형상의 평판이 동일 평면 상에서 상기 암들과 일체로 형성된 형상을 가진다. 이어서, 상기 제4 포토 레지스트를 식각하여 제거한다. 상기와 같이 멤브레인(120)이 패터닝된 결과, 상기 희생층(117)의 일부가 노출된다.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, 상기 노출된 희생층(117)의 상부 및 상기 멤브레인(120)의 상부에 제5 포토 레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 후, 상기 멤브레인(120) 중 중앙부인 사각형 형상의 평판이 노출되도록 패터닝한다. 이어서, 상기 사각형 형상의 노출된 멤브레인(120)의 상부에 은, 백금 또는 알루미늄 등의 금속을 0．3∼2．0㎛ 정도의 두께로 스퍼터링한 후, 상기 사각형 형상의 노출된 멤브레인(120)의 형상과 동일한 형상을 갖도록 패터닝하여 거울(160)을 형성한다. 종래에는 광속을 반사하는 거울부와 소정의 각도로 변형을 일으키는 구동부가 일체로 형성되었다. 이 경우, 거울부의 면적 보다 구동부의 면적이 더 넓은 까닭으로 입사되는 광속에 비하여 반사되는 광속이 적게되어 소자의 실제 면적에 비하여 광효율이 떨어지게 된다. 또한, 구동부 중 거울부와 인접하는 부분에서 입사되는 광속이 반사됨으로 인하여 거울부에서 반사되는 광속과 광산란을 일으켜 스크린에 투영되는 화상의 화질을 저하시키게 된다. 그러나, 본 실시예에서는 구동부의 하부인 멤브레인(120)의 양측부는 양측 지지부로부터 연장된 직사각형 형상의 암의 형상을 갖고, 중앙부는 이러한 암들 사이에 암들보다 넓은 면적을 갖는 사각형 형상의 평판이 동일 평면 상에서 상기 암들과 일체로 형성된 형상을 가진다. 거울(160)은 상기 멤브레인의 중앙부의 상부에 상기 멤브레인의 중앙부와 동일한 형상으로 형성된다. 그러므로, 상기와 같이 거울(160)을 구동부와 분리하여 형성함으로서 광효율 및 화상의 화질을 종래에 비하여 현저하게 향상시킬 수 있다.
계속하여, 상기 제5 포토 레지스트 및 상기 희생층(117)을 식각한 후, 세정(rinse) 및 건조(dry)하여 M×N개의 AMA 소자를 완성한 후, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 또는 금(Au) 등의 금속을 스퍼터링 방법, 또는 증착(evaporation) 방법을 이용하여 액티브 매트릭스(100)의 하단에 증착시켜 저항 컨택(ohmic contact)(도시하지 않음)을 형성한다. 그리고, 후속하는 공통 전극인 상부전극(140)에 바이어스 전압을 인가하고 신호 전극인 하부전극(125)에 화상 신호를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package) 본딩(bonding)을 대비하여 액티브 매트릭스(100)를 자른다. 이 경우, 후속되는 공정을 대비하여 액티브 매트릭스(100)를 소정의 두께까지만 잘라낸다. 이어서, AMA 패널(pannel)의 패드(pad)(도시되지 않음)와 TCP의 패드(도시되지 않음)를 연결하여 박막형 AMA 모듈(module)의 제조를 완성한다.
상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 상부전극(140)에는 TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 바이어스 전압이 인가된다. 동시에 상기 TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 전달된 화상 신호는 상기 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터와 드레인(105) 및 비어 컨택(150)을 통하여 하부전극(125)에 인가된다. 따라서, 상부전극(140)과 하부전극(125) 사이에 전계가 발생하며, 이 전계에 의하여 상부전극(140)과 하부전극(125) 사이의 변형층(130)이 변형을 일으킨다. 변형층(130)은 전계에 대하여 수직한 방향으로 수축하며, 따라서, 변형층(130) 및 멤브레인(120)을 포함하는 액츄에이터(170)는 소정의 각도를 가지고 휘어진다. 광원으로부터 입사되는 광속을 반사하는 거울(160)은 상기 멤브레인(120)의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터(170)와 같은 각도로 휘어진다. 이에 따라, 거울(160)은 입사되는 광속을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광속은 슬릿을 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺게 된다.
[실시예 2]
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이고, 도 16은 도 15에 도시한 장치의 사시도를 도시한 것이며, 도 17은 도 16에 도시한 장치를 C­C′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다. 도 15 내지 도 17에 있어서 도 6 내지 도 8과 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 15, 도 16 및 도 17을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(100)와 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 액츄에이터(170), 그리고 거울(180)을 포함한다. 상기 액티브 매트릭스(100)는 액티브 매트릭스(100)의 일측 상부에 형성된 드레인(105), 액티브 매트릭스(100) 및 드레인(105)의 상부에 적층된 보호층(110), 그리고 보호층(110)의 상부에 적층된 식각 방지층(115)을 포함한다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 상기 액츄에이터는(170) 상기 식각 방지층(115) 중 하부에 드레인(105)이 형성된 부분에 그 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(118)을 개재하여 식각 방지층(115)과 평행하도록 적층된 멤브레인(120), 멤브레인(120)의 양측 상부에 평행하게 적층된 2개의 하부전극(125), 하부전극(125)의 상부에 적층된 2개의 변형층(130), 변형층(130)의 상부에 적층된 2개의 상부전극(140), 변형층(130)의 타측으로부터 변형층(130), 하부전극(125), 멤브레인(120), 식각 방지층(115) 및 보호층(110)을 통하여 상기 드레인(105)까지 수직하게 형성된 2개의 비어 홀(145), 그리고 비어 홀(145) 내에 상기 하부전극(125)과 드레인(105)이 전기적으로 연결되도록 수직하게 형성된 2개의 비어 컨택(150)을 포함한다.
또한, 도 16을 참조하면 상기 멤브레인(120)은 양측 지지부로부터 평행하게 형성된 2개의 직사각형 형상의 암들의 사이에 사각형 형상의 평판이 동일 평면 상에서 상기 암들과 일체로 형성되어 있는 형상을 갖는다. 따라서, 상기 2개의 하부전극(125)은 각기 상기 멤브레인(120)의 2개의 암들의 상부에 적층되며, 2개의 변형층(130)은 각기 하부전극(130) 보다 약간 좁은 면적을 갖는 직사각형의 형상으로 상기 2개의 하부전극(125)의 상부에 적층되며, 2개의 상부전극(140)은 각기 변형층(130) 보다 약간 좁은 면적을 갖는 직사각형의 형상으로 상기 2개의 변형층(130)의 일측 상부에 적층되며, 상기 2개의 변형층(130)의 타측에는 각기 비어 홀(145)과 비어 컨택(150)이 형성된다. 그리고, 상기 멤브레인(120)의 2개의 암들의 상단에 각각 거울 지지부(175)가 형성되며, 상기 멤브레인(120)의 사각형 형상의 평판의 상부에는 상기 거울 지지부(175)와 일체로 거울(180)이 형성된다. 그러므로, 상기 거울(180)은 양측에 지지부(175)가 돌출한 사각형의 평판의 형상을 갖는다.
이하 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 18 내지 도 22b 는 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 공정도를 도시한 것이다. 도 18 내지 도 22b에 있어서, 도 15 내지 도 17과동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 18을 참조하면, M×N개의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되어 있고, 그 일측 상부에 드레인(105)이 형성되어 있는 액티브 매트릭스(100)의 상부에 보호층(110)을 적층한다. 보호층(110)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 보호층(110)은 후속하는 공정 동안 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)가 손상을 입게 되는 것을 방지한다.
상기 보호층(110)의 상부에는 식각 방지층(115)이 적층된다. 식각 방지층(115)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 식각 방지층(115)은 광원으로부터 입사된 광속에 의한 광전류를 차단하며 동시에 상기 액티브 매트릭스(100) 및 보호층(110)이 후속되는 식각 공정으로 인하여 식각되는 것을 방지한다.
상기 식각 방지층(115)의 상부에는 희생층(117)이 적층된다. 희생층(117)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법으로 0．5∼4．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 희생층(117)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 상기 희생층(117)의 표면을 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 상기 희생층(117) 중 아래에 드레인(105)이 형성되어 있는 부분을 식각하여 상기 식각 방지층(117)의 일부를 노출시킴으로서 액츄에이터(170)의 지지부가 형성될 곳을 만든다.
상기 노출된 식각 방지층(115)의 상부 및 희생층(117)의 상부에 멤브레인(120)을 적층한다. 멤브레인(120)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 백금, 또는 백금-탄탈륨 등의 금속으로 구성된 신호 전극인 하부전극(125)을 상기 멤브레인(120)의 상부에 적층한다. 상기 하부전극(125)은 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 하부전극(125)에는 화상 신호가 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터로부터 드레인(105)을 통하여 인가된다. 상기 하부전극(125)의 상부에는 변형층(130)이 적층된다. 변형층(130)은 PZT, 또는 PLZT 등의 압전 물질을 졸-겔(Sol-Gel)법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0．1∼ 1．0㎛, 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 급속 열처리(RTA) 방법을 이용하여 상기 변형층(130)을 상변이시킨다. 상부전극(140)은 상기 변형층(130)의 상부에 적층된다. 상부전극(140)은 알루미늄, 백금, 또는 은 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 상부전극(140)은 공통 전극으로서 바이어스 전압이 인가된다. 따라서, 상기 하부전극(125)에 화상 신호가 인가되고 상부전극(140)에 바이어스 전압이 인가되면, 상부전극(140)과 하부전극(125) 사이에 전계가 발생한다. 이 전계에 의하여 상기 변형층(130)이 변형을 일으키게 된다.
도 19a 및 도 19b를 참조하면, 상기 상부전극(140)의 상부에 제6 포토 레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 후, 패터닝하여 2개의 평행한 직사각형 형상의 상부전극(140)을 형성한다. 이어서, 상기 제6 포토 레지스트를 제거한 후, 상기 패터닝된 2개의 상부전극(140) 및 변형층(130)의 상부에 제7 포토 레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 후, 패터닝하여 2개의 변형층(130)이 각기 상기 2개의 상부전극(140) 보다 약간 넓은 평행한 직사각형의 형상을 갖도록한다. 계속하여, 상기 제7 포토 레지스트를 제거한 후, 상기 2개의 상부전극(140), 2개의 변형층(130) 및 하부전극(125)의 상부에 제8 포토 레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 후, 패터닝하여 각기 상기 2개의 변형층(130) 보다 약간 넓으며 일측이 길게 연장된 평행한 직사각형의 형상을 갖는 2개의 하부전극(125)을 형성한다. 상기 하부전극(125)의 일측 연장된 부분의 상부에는 거울 지지부(175)가 형성된다.
도 20a 및 도 20b를 참조하면, 상기 2개의 변형층(130) 중 아래에 드레인(105)이 형성된 부분으로부터 변형층(130), 하부전극(125), 멤브레인(120), 식각 방지층(115), 그리고 보호층(110)을 차례로 각기 식각하여 2개의 비어 홀(145)을 형성한 후, 상기 2개의 비어 홀(145)의 내부에 텅스텐, 알루미늄, 백금, 또는 티타늄 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 드레인(105)과 하부전극(125)이 전기적으로 연결되도록 2개의 비어 컨택(150)을 형성한다. 상기 2개의 비어 컨택은(150)은 각기 상기 비어 홀(145) 내에서 상기 하부전극(125)으로부터 드레인(105)의 상부까지 수직하게 형성된다. 따라서, 화상 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터로부터 드레인(105) 및 비어 컨택(150)을 통하여 하부전극(125)에 인가된다. 이후에, 상기 제8 포토 레지스트를 식각하여 제거한다.
도 21a 및 도 21b를 참조하면, 상기 패터닝된 2개의 하부전극(125) 및 2개의 비어 홀(145)의 상부에 제9 포토 레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 후, 멤브레인(120)의 양측 지지부로부터 연장된 부분은 상기 하부전극(125) 보다 약간 넓은 직사각형의 형상을 가지며, 이와 일체로 형성된 멤브레인(120)의 중앙부는 사각형 형상의 평판으로 형성되도록 멤브레인(120)을 패터닝한다. 즉, 도 21b에 도시한 바와 같이 멤브레인(120)은 비어 홀(145)이 형성된 양측 지지부로부터 2개의 직사각형 형상의 암들이 형성되고, 이러한 암들 사이에 암들보다 넓은 면적을 갖는 사각형 형상의 평판이 동일 평면 상에서 상기 암들과 일체로 형성된 형상을 가진다. 이어서, 상기 제9 포토 레지스트를 식각하여 제거한다. 상기와 같이 멤브레인(120)이 패터닝된 결과, 상기 희생층(117)의 일부가 노출된다.
도 22a 및 도 22b를 참조하면, 상기 노출된 희생층(117)의 상부 및 상기 멤브레인(120)의 상부에 제10 포토 레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 후, 상기 멤브레인(120) 중 중앙부인 사각형 형상의 평판 및 상기 하부전극(125)의 일측이 노출되도록 제10 포토 레지스트를 패터닝한다. 이어서, 상기 사각형 형상의 노출된 멤브레인(120)의 상부 및 상기 하부전극(125)의 일측 상부에 은, 백금 또는 알루미늄 등의 금속을 0．3∼2．0㎛ 정도의 두께로 스퍼터링한 후, 패터닝하여 상기 사각형 형상의 노출된 멤브레인(120)의 형상과 동일한 형상을 갖는 거울(180)과 상기 하부전극(125)의 일측 상부에 상기 거울(180)과 일체로 사각형의 형상을 갖는 거울 지지부(175)를 동시에 형성한다. 따라서, 상기 거울(180)은 양측에 거울 지지부(175)가 돌출된 평판의 형상을 가진다. 하부전극(125) 및 거울(180)에 부착된 거울 지지부는(175) 거울(180)이 소정의 각도를 가지고 변형을 일으킬 때, 거울(180)을 지지하여 소정의 경사 각도를 유지하게 한다.
계속하여, 상기 제10 포토 레지스트 및 상기 희생층(117)을 식각한 후, 세정 및 건조하여 M×N개의 AMA 소자를 완성한 후, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 또는 금(Au) 등의 금속을 스퍼터링 방법, 또는 증착(evaporation) 방법을 이용하여 액티브 매트릭스(100)의 하단에 증착시켜 저항 컨택(도시하지 않음)을 형성한다. 그리고, 후속하는 공통 전극인 2개의 상부전극(140)에 바이어스 전압을 인가하고 신호 전극인 2개의 하부전극(125)에 화상 신호를 인가하기 위한 TCP 본딩을 대비하여 통상의 포토리쏘그래피 방법을 이용하여 액티브 매트릭스(100)를 자른다. 이 경우, 후속되는 공정을 대비하여 액티브 매트릭스(100)를 ⅓정도의 두께까지만 잘라낸다. 이어서, AMA 패널(pannel)의 패드(도시되지 않음)와 TCP의 패드(도시되지 않음)를 연결하여 박막형 AMA 모듈(module)의 제조를 완성한다.
상술한 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 2개의 상부전극(140)에는 TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 바이어스 전압이 인가된다. 동시에 상기 TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 전달된 화상 신호는 상기 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터와 드레인(105) 및 2개의 비어 컨택(150)을 통하여 2개의 하부전극(125)에 인가된다. 따라서, 상기 2개의 상부전극(140)과 2개의 하부전극(125) 사이에 각각 전계가 발생하며, 이 전계에 의하여 2개의 상부전극(140)과 2개의 하부전극(125) 사이의 2개의 변형층(130)이 변형을 일으킨다. 상기 2개의 변형층(130)은 각각 전계에 대하여 수직한 방향으로 수축하며, 따라서, 상기 2개의 변형층(130) 및 멤브레인(120)을 포함하는 액츄에이터(170)는 소정의 각도를 가지고 휘어진다. 광원으로부터 입사되는 광속을 반사하는 거울(160)은 상기 멤브레인(120)의 상부에 형성되어 있으므로 상기 액츄에이터(170)와 같은 구동 각도로 경사지게 된다. 이에 따라서, 거울(160)은 입사되는 광속을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광속은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺을 수 있다.
[실시예 3]
도 23은 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이고, 도 24는 도 23에 도시한 장치의 사시도를 도시한 것이다. 도 25는 도 24에 도시한 장치를 D­D′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다. 도 23 내지 도 25에 있어서 도 6 내지 도 8과 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 23, 도 24 및 도 25를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(100)와 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 액츄에이터(170), 그리고 거울(180)을 포함한다. 상기 액티브 매트릭스(100)는 액티브 매트릭스(100)의 일측 상부에 형성된 드레인(105), 액티브 매트릭스(100) 및 드레인(105)의 상부에 적층된 보호층(110), 그리고 보호층(110)의 상부에 적층된 식각 방지층(115)을 포함한다.
도 23 및 도 24를 참조하면, 상기 액츄에이터는(170) 상기 식각 방지층(115) 중 하부에 드레인(105)이 형성된 부분에 그 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(118)을 개재하여 식각 방지층(115)과 평행하도록 적층된 멤브레인(120), 멤브레인(120)의 양측 상부에 평행하게 적층된 2개의 하부전극(125), 하부전극(125)의 상부에 적층된 2개의 변형층(130), 변형층(130)의 상부에 적층된 2개의 상부전극(140), 변형층(130)의 타측으로부터 변형층(130), 하부전극(125), 멤브레인(120), 식각 방지층(115) 및 보호층(110)을 통하여 상기 드레인(105)까지 수직하게 형성된 2개의 비어 홀(145), 그리고 2개의 비어 홀(145) 내에 상기 하부전극(125)과 드레인(105)이 전기적으로 연결되도록 수직하게 형성된 2개의 비어 컨택(150)을 포함한다.
또한, 도 24를 참조하면 상기 멤브레인(120)은 양측 지지부로부터 평행하게 형성된 2개의 직사각형 형상의 암들의 사이에 소정의 간격을 두고 2개의 사각형 형상의 평판이 동일 평면 상에서 각각 상기 암들과 일체로 형성되어 있는 형상을 갖는다. 상기 멤브레인(120) 중 2개의 사각형 형상의 평판은 각기 거울(160)을 지지한다. 상기 2개의 하부전극(125)은 각기 상기 멤브레인(120)의 2개의 암들의 상부에 적층되며, 2개의 변형층(130)은 각기 하부전극(130) 보다 약간 좁은 면적을 갖는 직사각형의 형상으로 상기 2개의 하부전극(125)의 상부에 적층되며, 2개의 상부전극(140)은 각기 변형층(130) 보다 약간 좁은 면적을 갖는 직사각형의 형상으로 상기 2개의 변형층(130)의 일측 상부에 적층되며, 상기 2개의 변형층(130)의 타측에는 각각 비어 홀(145) 및 비어 컨택(150)이 형성된다. 상기 멤브레인(120)의 2개의 사각형 형상의 평판의 상부에는 거울(160)이 형성된다. 따라서, 거울(160)은 상기 2개의 하부전극(125) 사이에서 사각형 모양의 평판의 형상을 갖는다.
본 실시예에 있어서, 멤브레인(120)을 패터닝하는 공정과 거울(160)을 형성하는 공정을 제외하면 상술한 제2 실시예와 제조 방법이 동일하다. 본 실시예에 따른멤브레인(120)은 양측 지지부로부터 평행하게 형성된 2개의 직사각형 형상의 암들의 사이에 소정의 간격을 두고 2개의 사각형 형상의 평판이 동일 평면 상에서 각각 상기 암들과 일체로 형성되어 있는 형상을 갖도록 패터닝되며, 이러한 패터닝 공정은 멤브레인(120)의 형상을 제외하면 제2 실시예의 멤브레인의 패터닝 공정과 동일하다. 또한, 거울(160)을 형성하는 공정도 양측의 지지부를 제외하면 제2 실시예의 경우와 동일하다. 즉, 본 실시예에 있어서는 제2 실시예에 비하여 멤브레인(120)이 다른 형상을 가지며, 거울(160)도 거울 지지부가 없는 사각형 모양의 평판의 형상을 가진다.
그리고, 이후의 박막형 AMA 모듈을 제조하는 공정 및 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 동작은 상술한 본 발명에 따른 제2 실시예의 경우와 동일하다.
종래의 박막형 광로 조절 장치에 있어서는 거울부와 구동부가 일체로 형성됨으로서 거울부의 면적 보다 구동부의 면적이 더 넓게 되어 입사되는 광속에 비하여 반사되는 광속이 적게되어 실제 소자의 면적에 비하여 광효율이 떨어졌었다. 또한, 구동부의 일부에서 입사되는 광속이 반사됨으로 인하여 거울부에서 반사되는 광속과 광산란을 일으켜 스크린에 투영되는 화상의 화질을 저하시키게 된다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들에서는 구동부의 하부인 멤브레인의 양측부는 양측 지지부로부터 연장된 직사각형 형상의 암의 형상을 갖고, 중앙부는 이러한 암들 사이에 암들보다 넓은 면적을 갖는 사각형 형상의 평판이 동일 평면 상에서 상기 암들과 일체로 형성된 형상을 가지거나, 2개의 소정의 간격으로 분리된 사각형 형상의 평판의 형상을 갖는다. 거울은 상기 멤브레인의 중앙부의 상부에 상기 멤브레인의 중앙부와 동일한 형상, 또는 보다 넓은 면적을 갖는 평판으로 형성된다. 그러므로, 상기와 같이 거울을 구동부와 분리하여 형성함으로서 광효율을 최대로 향상시킬 수 있으며 화상의 화질을 종래에 비하여 현저하게 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예들에 의하여 상세하게 설명 및 도시하였지만, 본 발명은 이에 의하여 제한되는 것이 아니라 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적인 범위 내에서 이를 변형하는 것이나 개량하는 것이 가능하다.

Claims (14)

  1. M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 매트릭스 형태로 내장되고 일측 표면에 드레인이 형성된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계;
    상기 액티브 매트릭스의 상부에 멤브레인을 형성하는 단계;
    상기 멤브레인의 상부에 화상 신호가 인가되는 하부전극을 형성하는 단계;
    상기 하부전극의 상부에 전계에 따라 변형을 일으키는 변형층을 형성하는 단계;
    상기 변형층의 상부에 바이어스 전압이 인가되는 상부전극을 형성하는 단계;
    상기 상부전극, 상기 변형층, 상기 하부전극 및 상기 멤브레인을 차례로 패터닝하는 단계; 그리고
    상기 패터닝된 멤브레인의 상부에 거울을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액티브 매트릭스를 제공하는 단계는 ⅰ) 상기 액티브 매트릭스와 상기 드레인의 상부에 상기 액티브 매트릭스를 보호하는 보호층을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 보호층의 상부에 상기 보호층과 상기 액티브 매트릭스가 식각되는 것을 방지하는 식각 방지층을 형성하는 단계, ⅲ) 상기 식각 방지층의 상부에 희생층을 형성하는 단계, 그리고 ⅳ) 상기 희생층을 패터닝하여 상기 식각 방지층 중 아래에 상기 드레인이 형성된 부분을 노출시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 멤브레인을 패터닝하는 단계는 상기 변형층으로부터 상기 하부전극, 상기 멤브레인, 상기 식각 방지층 및 상기 보호층을 통하여 상기 드레인까지 수직하게 비어 홀을 형성하는 단계 및 상기 비어 홀 내에 상기 하부전극과 상기 드레인이 전기적으로 연결되도록 비어 컨택을 형성하는 단계 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 상부전극, 상기 변형층 및 상기 하부전극을 차례로 패터닝하는 단계는 상기 액티브 매트릭스의 상부에 상기 멤브레인, 상기 하부전극, 상기 변형층 및 상기 상부전극을 적층한 후, 상기 상부전극, 상기 변형층 및 상기 하부전극이 각기 거울상의‘ㄷ’자의 형상을 갖도록 상기 상부전극, 상기 변형층 및 상기 하부전극을 순차적으로 식각하여 패터닝하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 상부전극, 상기 변형층 및 상기 하부전극을 차례로 패터닝하는 단계는, 상기 변형층이 상기 하부전극 보다 좁은 면적을 가지며, 상기 상부전극이 상기 변형층 보다 좁은 면적을 가지고, 상기 하부전극, 상기 변형층 및 상기 상부전극이 함께 피라미드의 형태로 적층되게 패터닝하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 멤브레인을 패터닝하는 단계는 상기 멤브레인을 상기 액티브 매트릭스의 상부에 양측 지지부로부터 평행하게 형성된 2개의 직사각형 형상의 암들 사이에 사각형 형상의 평판이 동일 평면 상에서 상기 암들과 일체로 형성되어 있는 형상으로 패터닝하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 거울을 형성하는 단계는 ⅰ) 상기 멤브레인의 상부에 포토 레지스트를 도포하는 단계, ⅱ) 상기 포토 레지스트를 패터닝하여 상기 멤브레인 중 사각형 형상의 평판을 노출시킨 후, 은(Ag), 알루미늄(Al), 또는 백금(Pt)을 스터퍼링하는 단계 및 ⅲ) 상기 스퍼터링된 은, 알루미늄, 또는 백금을 상기 멤브레인 중 사각형 형상의 평판으로 패터닝하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  8. M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 매트릭스 형태로 내장되고 일측 표면에 드레인이 형성된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계;
    상기 액티브 매트릭스의 상부에 멤브레인을 형성하는 단계;
    상기 멤브레인의 상부에 화상 신호가 인가되는 하부전극을 형성하는 단계;
    상기 하부전극의 상부에 전계에 따라 변형을 일으키는 변형층을 형성하는 단계;
    상기 변형층의 상부에 바이어스 전압이 인가되는 상부전극을 형성하는 단계;
    상기 상부전극, 상기 변형층 및 상기 하부전극을 차례로 패터닝하여 각기 2개의 상부전극, 2개의 변형층 및 2개의 하부전극을 형성하는 단계;
    상기 멤브레인을 패터닝하는 단계; 그리고
    상기 패터닝된 멤브레인의 상부에 거울을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 액티브 매트릭스를 제공하는 단계는 ⅰ) 상기 액티브 매트릭스 및 상기 드레인의 상부에 상기 액티브 매트릭스를 보호하는 보호층을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 보호층의 상부에 상기 보호층 및 상기 액티브 매트릭스가 식각되는 것을 방지하는 식각 방지층을 형성하는 단계, ⅲ) 상기 식각 방지층의 상부에 희생층을 형성하는 단계, 그리고 ⅳ) 상기 희생층의 일부를 식각하여 상기 식각 방지층 중 아래에 상기 드레인이 형성된 부분을 노출시키는 단계를 더 포함하며, 상기 2개의 하부전극을 형성하는 단계는 각각 상기 2개의 변형층으로부터 상기 2개의 하부전극, 상기 멤브레인, 상기 식각 방지층 및 상기 보호층을 통하여 상기 드레인까지 수직하게 2개의 비어 홀을 형성하는 단계와, 상기 2개의 비어 홀 내에 상기 2개의 하부전극과 드레인이 전기적으로 연결되도록 2개의 비어 컨택을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 상부전극, 상기 변형층 및 상기 하부전극을 차례로 패터닝하여 각기 상기 2개의 상부전극, 2개의 변형층 및 2개의 하부전극을 형성하는 단계는 상기 2개의 변형층이 각기 상기 2개의 상부전극 보다 넓은 면적을 갖는 직사각형의 형상을 갖고 상기 2개의 하부전극은 각기 일측이 길게 연장되어 상기 2개의 변형층 보다 넓은 직사각형의 형상을 갖도록 패터닝하여, 상기 2개의 하부전극, 상기 2개의 변형층 및 상기 2개의 상부전극이 함께 피라미드의 형태로 적층되도록 패터닝하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 멤브레인을 패터닝하는 단계는 상기 멤브레인이 양측 지지부로부터 평행하게 형성된 2개의 직사각형 형상의 암들 사이에 2개의 사각형 형상의 평판이 동일 평면 상에서 상기 암들과 일체로 형성되어 있는 형상을 갖도록 패터닝하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 거울을 형성하는 단계는 ⅰ) 상기 멤브레인의 사각형 형상의 평판의 상부 및 상기 2개의 하부전극의 길게 연장된 부분의 상부에 포토 레지스트를 도포하는 단계, ⅱ) 상기 포토 레지스트를 패터닝하여 상기 멤브레인의 사각형 형상의 평판의 상부 및 상기 2개의 하부전극의 길게 연장된 부분을 노출시킨 후, 은(Ag), 알루미늄(Al), 또는 백금(Pt)을 스터퍼링하는 단계, 그리고 ⅲ) 상기 스퍼터링된 상기 은, 알루미늄, 또는 백금을 양측부가 돌출한 사각형 형상의 평판의 모양으로 패터닝하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 멤브레인을 패터닝하는 단계는, 상기 멤브레인을 양측 지지부로부터 평행하게 형성된 2개의 직사각형 형상의 암들의 사이에 서로 분리된 2개의 사각형 형상의 평판이 동일 평면 상에서 각각 상기 암들과 일체로 형성되어 있는 형상을 갖도록 식각하여 패터닝하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 거울을 형성하는 단계는 ⅰ) 상기 멤브레인의 상부에 포토 레지스트를 도포하는 단계, ⅱ) 상기 포토 레지스트를 패터닝하여 상기 멤브레인 중 2개의 사각형 형상의 평판의 상부를 노출시킨 후, 은, 알루미늄, 또는 백금을 스터퍼링하는 단계, 그리고 ⅲ) 상기 스퍼터링된 상기 은, 알루미늄, 또는 백금을 사각형 형상의 평판의 모양으로 패터닝하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
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