KR19980075340A - 미세거울표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세거울표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 프로젝션TV(PTV), 고화질TV(HDTV)등에 적용하여 고해상도의 영상을 표시할 수 있는 미세거울표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 고안의 단위미세거울표시소자는 입사광을 스크린쪽으로 반사하는 단위미세거울과, 구동회로의 제어동작에 따라 단위미세거울을 중심으로 상하이동하는 탄성차단판을 구비한다. 따라서, 각 화소에 대응하는 단위미세거울들은 입사광을 차단 또는 반사할 수 있어서 스크린에 고해상도의 영상을 표시할 수 있으며, 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

미세거울표시소자 및 그 제조방법

본 발명은 프로젝션TV(Projection Television), 모니터 등 고해상도의 영상을 표시하는 기기에 적용되는 미세거울표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 단위미세거울을 중심으로 탄성차단판이 상하이동함에 따라 스크린쪽으로 입사광을 반사 및 차단하므로써 고해상도의 영상을 표시할 수 있도록 한 미세거울표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 스크린상에 영상을 표시하기 위한 화상표시수단으로 음극선관(CRT)을 사용하여 왔으나, 1990년대 후반부터 새로운 화상표시수단으로 액정표시소자(LCD)와 미세거울표시소자(Digital Micromirror Device;DMD)가 빠르게 연구진척되고 있다. 특히, 미세거울표시소자는 액정표시소자 보다 우수한 광효율을 가지고 있어서 고품질의 영상을 표시하는데 적합한 방식으로 알려져 있으며, 그러한 일예가 도 1에 도시되어 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 미세거울표시소자를 나타낸 사시도로서, TI(Texas Instrument)사에서 개발한 것이다. 이 미세거울표시소자(DMD)는 넓은 의미의 스페셜라이트 모듈레이터(Spatial Light Modulator; SLM)에 속하며, 빛의 위치나 세기를 조절할 수 있는 장치이다. 스페셜라이트 모듈레이터(SLM)는 입력된 영상정보를 광센서로 보내거나 사람이 볼 수 있는 실제의 영상으로 바꾸어 주는 기기이다.

도 1에서, 전극(14)은 미도시한 실리콘기판상에 형성되며, 전극(14) 상방에 입사광을 반사하는 거울(11)이 위치하고, 이 거울(11)은 지지대(Post;13)에 연설된 힌지(12)에 의해 양측에서 지지고정된다. 거울(11)은 전극(14)과의 정전력이 발생함에 따라 기울어지는 비틀림거울(torsion mirror)이며, 하나의 영상을 구성하는 화소수만큼 거울(11)을 사방연속적으로 배열하게 된다. 이와 같은 배열구조는 미세거울표시소자의 전체크기에 따라 적정하게 구성될 수 있는데, 하나의 거울(11)의 크기는 대략 16㎛×16㎛ 이다. 거울(11)은 광반사율이 큰 알루미늄으로 제작되며, 전극(14)과의 정전력에 의해 기울어진다. 즉, 도 2a와 같이 어느 한쪽으로 거울(11)이 기울어지면 입사광은 스크린(15)으로 반사되지 않아 대응하는 화소는 오프상태(pixel off)가 된다. 그러나, 도 2b와 같이 거울(11)이 기울어지면 입사광은 스크린(15)으로 입사광이 반사되어 대응하는 화소는 온상태(pixel on)가 된다.

그러나, 종래의 미세거울표시소자는 해당 화소의 온/오프 지속시간에 따라 화소의 밝기가 조절되므로 이를 위해 전극(14)에 회로연결된 구동회로가 상당히 빠른 처리속도를 만족해야 한다. 각 화소의 온/오프를 제어하는 정보들은 SRAM(static ram)에 저장되고, 하나의 화소당 6개의 SRAM이 필요하므로 제조단가의 상승요인이 된다. 또, 한 화면의 영상을 표시할때 화소당 8번의 온/오프동작이 필요로 하므로 힌지(14)의 피로콰괴현사상이 초래되는 문제점이 있었다. 뿐만 아니라 거울(11)의 온/오프동작이 빈번함에 따라 바닥면과의 충돌로 인하여 달라 붙게 되므로 고품질의 영상을 표시하기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 각 화소에 대응하는 단위미세거울에 입사광을 차단할 수 있는 탄성차단판을 구동제어하므로써 고해상도의 영상을 표시할 수 있는 미세거울표시소자를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 실리콘기판상에 단위미세거울과 탄성차단판을 형성하여 고해상도의 영상을 표시할 수 있는 미세거울의 제조방법을 제공함에 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 미세거울표시소자를 나타낸 사시도,

도 2a는 종래의 미세거울표시소자가 오프상태인 경우를 나타낸 도면,

도 2b는 종래의 미세거울표시소자가 온상태인 경우를 나타낸 도면,

도 3a는 본 발명에 따른 미세거울표시소자를 나타낸 사시도,

도 3b는 도 3a의 단면도,

도 4는 도 3a의 탄성차단판을 나타낸 사시도,

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 미세거울표시소자의 동작예를 나타낸 도면,

도 6a 내지 도 6j는 본 발명의 미세거울표시소자의 제조공정을 나타낸 도면.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : 거울 12 : 힌지

13 : 지지대 14 : 전극

15 : 스크린 21 : 단위미세거울

31 : 탄성차단판 32 : 차단막

40 : 구동전극 41 : 랜딩전극

50 : 실리콘기판 51 : 절연층

52,53,54 : 희생층

상기와 같은 본 발명의 목적은 기판의 구동회로에 의해 제어되는 복수개의 단위미세거울들이 입사광을 개별적으로 반사하여 소정 영상을 형성하는 표시소자에 있어서, 상기 기판상에 형성된 한쌍의 제 1지지대에 의해 지지되며, 반사되는 입사광을 차단하기 위해 상기 제 1지지대에 연설된 몸체에 형성된 차단막이 상하이동하는 탄성차단판; 상기 탄성차단판의 상부에 위치하는 한쌍의 제 2지지대에 의해 지지되며, 적어도 하나이상의 상기 단위미세거울들로 이루어져 입사광을 반사하는 상부면에 상기 탄성차단판이 상하이동하기 위한 안내홈이 형성된 반사체; 및 상기 기판과 탄성차단판 사이에 위치하고, 상기 구동회로로부터의 구동신호에 따라 소정 전압차를 유기하여 상기 탄성차단판을 상하이동시키는 구동전극에 의하여 달성된다.

상기와 같은 본 발명의 다른 목적은 복수개의 단위미세거울들이 입사광을 개별적으로 반사하여 소정 영상을 형성하는 표시소자의 제조방법에 있어서, 실리콘기판에 입혀진 절연층위에 금속을 증착한후 식각하여 전극을 형성하는 단계; 상기 전극을 포함한 상부면에 제 1희생층을 증착하고 제 1지지대를 형성하기 위한 제 1개구홈을 형성하는 단계; 상기 제 1개구홈이 형성된 상부면에 제 1구성층을 증착하고 식각하여 탄성차단판을 형성하는 단계; 상기 탄성차단판이 형성된 상부면에 제 2희생층을 증착하고 제 2지지대를 형성하기 위한 제 2개구홈을 형성하는 단계; 상기 제 2개구홈이 형성된 상부면에 제 2구성층을 증착하고 식각하여 반사체를 형성하는 단계; 상기 반사체가 형성된 상부면에 제 3희생층을 증착하고 상기 탄성차단판의 차단막이 상하이동하기 위한 안내홈을 형성하는 단계; 상기 안내홈이 형성된 상부면에 제 4구성층을 증착하여 차단막을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 내지 제 3희생층을 제거하는 단계에 의하여 달성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 기판의 구동회로에 의해 제어되는 복수개의 단위미세거울들이 입사광을 개별적으로 반사하여 소정 영상을 형성하게 된다. 각 단위미세거울들은 기판에 형성된 구동회로에 의해 개별적으로 구동제어되며, 어느 하나의 단위미세거울의 구조 및 동작에 대해 도 3에 따라 설명한다.

도 3a는 본 발명에 따른 미세거울표시소자를 나타낸 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 미세거울표시소자는 랜딩전극(41)의 상부면에 고정지지되는 한쌍의 제 1지지대(31a)를 갖는 탄성차단판(31)과 상기 랜딩전극(41)의 상부면에 고정지지되는 한쌍의 제 2지지대(21a)를 갖는 반사판(21)과 실리콘기판의 구동회로로부터의 구동신호에 따라 탄성차단판(31)과의 전압차를 유기하여 상하이동시키는 구동전극(40)을 구비한다.

상기 반사판(21)의 상부면은 측방으로부터 입사되는 입사광을 소정 반사각으로 반사하며, 반사된 입사광은 스크린측으로 입사된다.

상기 탄성차단판(31)의 하방에 위치하는 구동전극(40)과 한쌍의 랜딩전극(41)은 실리콘기판(50;이하 기판이라한다.)에 입혀진 절연층(51) 위에 각각 형성된다. 기판(50)에 형성된 구동회로에 의해 상기 구동전극(40)과 탄성차단판(31) 간에 정전력이 발생하며, 이로 인해 탄성차단판(31)은 굽혀진다. 상기 탄성차단판(31)이 굽혀지는 정도는 정전력의 크기에 따라 결정되는데 즉 구동회로에 의해 제어된다. 상기 탄성차단판(31)은 랜딩전극(41)에 지지되는 한쌍의 제 2지지대(31a)와 상면 중앙에 일체로 형성되여 입사광을 차단하는 차단막(32)을 구비한다. 상기 탄성차단판(31)은 굽힘가능한 연결구조를 갖는데 도 4에 도시한 바와 같이, 제 1지지대(31a)와의 연결부위는 요홈(31b)이 형성되어 있으며, 이 연결부위에 의해 상하이동시의 탄성력을 가지게 된다.

상기 반사판(21)은 광반사율이 큰 재질을 사용하며, 그 재질로는 알루미늄(Al)이나 은(Ag)을 사용하는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명의 미세거울표시소자의 동작예를 나타내는 도면으로, 도 5a는 입사광이 전부차단되는 경우를 나타내고, 도 5b는 입사광의 일부를 차단하는 경우를 나타내며, 도 5c는 입사광을 전부 반사하는 경우를 나타낸다.

도 5a에서, 탄성차단판(31)은 구동전극(40)과의 정전력이 발생되지 않아 수평상태를 유지하고, 이로써 상면에 형성된 차단막(32)은 반사판(21)에 의해 우측방에서 반사되는 입사광을 전부차단하므로써 미도시한 스크린측으로 입사광이 반사되지 않는다.

도 5b에서, 탄성차단판(31)과 구동전극(40)과의 정전력이 발생하면 그 정전력의 크기에 대응하여 탄성차단판(31)은 구동전극(40)으로 하향이동하여 근접하게 된다. 이에 따라 차단막(32)은 하방으로 이동하고 반사판(21)에 의해 반사되는 입사광의 일부만을 차단하게 되고, 일부는 스크린측으로 입사된다.

도 5c에서, 탄성차단판(31)과 구동전극(40)과의 정전력이 허용범위의 최대치에 이르면 탄성차단판(31)이 발생된 정전력에 대응하여 하향이동하게 되고 결국 구동전극(40)에 접하는 상태가 된다. 이에 따라, 차단막(32)은 상부 끝단이 반사판(21)의 상면에 일치하는 상태까지 하향이동하게 되므로 반사판(21)에 입사되는 입사광은 전부 스크린측으로 입사하게 된다.

이와 같이, 탄성차단판(31)은 구동전극(40)과의 정전력의 발생에 의해 상하이동되며, 구동회로의 제어에 의해 탄성차단판(31)은 상방 또는 하방으로 이동할 수 있다. 따라서, 한 화면의 영상을 구성하는 화소들의 밝기를 조정하기 위해 입사광을 적정하게 차단하도록 구동회로는 제어한다.

상술한 미세거울표시소자의 제조공정에 대해 도 6에 따라 설명한다.

먼저, 도 6a에서 실리콘기판(50)에 입혀진 절연층(51) 위에 금속을 증착한후 식각하여 구동전극(40)과 랜딩전극(41)을 형성한다. 이때, 구동전극(40)과 랜딩전극(41)은 기판(50)상에 금속을 스퍼터링(sputtering) 또는 에베포레이션(evaporation)에 의해 입힌 다음, 그 위에 포토레지스트(photo resist)를 입힌후 마스크를 통해 광을 조사하고 식각시켜 형성된다. 이로 인해 구동전극(40)과 랜딩전극(41)은 기판(50)상에 분리되어 진다.

이어, 도 6b와 같이 상면 전체에 제 1희생층(52)을 증착한 다음 소정 부위를 식가하여 제 1지지대(31a)가 형성될 제 1개구홈(52a)을 형성한다(도 6c 참조).

상기 제 1개구홈(52a)은 RIE(reactive ion etching) 또는 포토리소그래피(photo lithography)에 따라 해당 부위를 식각한다.

이어, 도 6d와 같이 탄성차단판(31)을 형성하기 위해 제 1개구홈(52a)을 포함한 상부면에 제 1구성층을 증착한다. 이어, 도 6e와 같이 상부 전체면에 제 2희생층(53)을 증착하고 반사판(21)의 제 2지지대(21a)를 형성하기 위해 제 2개구홈(53a)을 형성한다. 상기 제 2개구홈(53a)은 RIE(reactive ion etching) 또는 포토리소그래피(photo lithography)에 따라 해당 부위를 식각한다.

이어, 도 6f와 같이, 제 2개구홈(53a)을 포함한 상부 전체면에 제 2구성층(21)을 증착하고 식각하여 반사체(21)를 형성한다. 상기 반사체(21)는 광반사율이 높은 금속으로 알루미늄이나 은을 사용하는 것이 바람직하다.

이어, 도 6g와 같이, 반사체(21)를 포함한 전체면에 제 3희생층(54)을 증착하고 식각하여 안내홈(54a)을 형성한다. 이어, 도 6h와 같이, 안내홈(54a)을 포함한 상부면에 제 4구성층(32)을 증착한다. 상기 제 4구성층은 금속이나 도핑된 폴리실리콘을 사용하며 전기도금공법으로 증착한다.

이어, 도 6i와 같이 상부면을 소정 폭만큼 식각하여 차단막(32)을 형성한 다음 상기 제 1 내지 제 3희생층(52,53,54)을 제거하게 되면 제조공정이 완료된다.

상기 제 1 내지 제 3희생층(52, 53, 54)는 그 재질로 포토레지스트(photo resist), 후막포토레지스트(thick photo resist), 폴리이미드(polyimide)를 사용할 수 있으며, 증착방법으로는 스핀코팅방식을 이용한다.

후막포토레지스트는 아크릴수지의 일종인 폴리메타크릴산메틸아크릴(PMMA)이나 폴리이미드(polyimide)가 사용된다.

물론, 본 실시예에서는 하나의 단위미세거울을 형성하는 과정을 일예로서 설명하였으나, 이와 같은 공정을 거쳐 제작되는 미세거울들은 화면의 화소수에 대응하여 미세거울군을 갖게 된다.

이상과 같은 본 발명은 기판의 구동회로에 의해 단위미세거울의 탄성차단판을 상하이동시켜 스크린에 입사되는 반사광을 조절하고 이로써 화소의 밝기를 조절하게 된다. 따라서, 종래와 같이 해당 화소의 온/오프 지속시간에 따라 화소의 밝기를 조절하거나 입사광을 부분적으로 차단하여 화소의 밝기를 조절할 수 있는등 고해상도의 영상을 필요로 하는 기기에 적합하게 사용할 수 있다. 뿐만 아니라, 각 화소의 온/오프를 제어하기 위해 SRAM이 필요하지 않으므로 제조비용을 절감할 수 있는 등 고해상도의 영상을 표시하는 기기에 적용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

1. 기판의 구동회로에 의해 제어되는 복수개의 단위미세거울들이 입사광을 개별적으로 반사하여 소정 영상을 형성하는 표시소자에 있어서,

   상기 기판상에 형성된 한쌍의 제 1지지대에 의해 지지되며, 반사되는 입사광을 차단하기 위해 상기 제 1지지대에 연설된 몸체에 형성된 차단막이 상하이동하는 탄성차단판;

   상기 탄성차단판의 상부에 위치하는 한쌍의 제 2지지대에 의해 지지되며, 적어도 하나이상의 상기 단위미세거울들로 이루어져 입사광을 반사하는 상부면에 상기 탄성차단판이 상하이동하기 위한 안내홈이 형성된 반사체; 및

   상기 기판과 탄성차단판 사이에 위치하고, 상기 구동회로로부터의 구동신호에 따라 소정 전압차를 유기하여 상기 탄성차단판을 상하이동시키는 구동전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세거울표시소자.
2. 제 1항에 있어서, 상기 반사체는 광반사율이 큰 재질을 사용하는 것을 특징으로 하는 미세거울표시소자.
3. 제 2항에 있어서, 상기 반사체의 재질은 알루미늄(Al)이나 은(Ag)인 것을 특징으로 하는 미세거울표시소자.
4. 제 1항에 있어서, 상기 탄성차단판은 상하이동시 상기 제 1지지대와의 연결부위가 굽혀지는 것을 특징으로 하는 미세거울표시소자.
5. 복수개의 단위미세거울들이 입사광을 개별적으로 반사하여 소정 영상을 형성하는 표시소자의 제조방법에 있어서,

   실리콘기판에 입혀진 절연층위에 금속을 증착한후 식각하여 전극을 형성하는 단계;

   상기 전극을 포함한 상부면에 제 1희생층을 증착하고 제 1지지대를 형성하기 위한 제 1개구홈을 형성하는 단계;

   상기 제 1개구홈이 형성된 상부면에 제 1구성층을 증착하고 식각하여 탄성차단판을 형성하는 단계;

   상기 탄성차단판이 형성된 상부면에 제 2희생층을 증착하고 제 2지지대를 형성하기 위한 제 2개구홈을 형성하는 단계;

   상기 제 2개구홈이 형성된 상부면에 제 2구성층을 증착하고 식각하여 반사체를 형성하는 단계;

   상기 반사체가 형성된 상부면에 제 3희생층을 증착하고 상기 탄성차단판의 차단막이 상하이동하기 위한 안내홈을 형성하는 단계;

   상기 안내홈이 형성된 상부면에 제 4구성층을 증착하여 차단막을 형성하는 단계; 및

   상기 제 1 내지 제 3희생층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세거울표시소자의 제조방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 전극형성단계는 기판상에 금속을 입히는 단계와, 상기 금속위에 포토레지스터를 입힌후 마스크를 통해 광을 조사하고 식각시켜 전극들을 분리하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 미세거울표시소자의 제조방법.
7. 제 5항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3희생층은 포토레지스트(photo resist), 후막포토레지스트(thick photo resist), 폴리이미드(polyimide)중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 미세거울표시소자의 제조방법.
8. 제 5항 또는 7항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3희생층은 스핀코팅방식에 따라 증착되는 것을 특징으로 하는 미세거울표시소자의 제조방법.
9. 제 5항에 있어서, 상기 제 4구성층은 금속이나 도핑된 폴리실리콘(polysilicon)을 사용하는 것을 특징으로 하는 미세거울표시소자의 제조방법.
10. 제 5항에 있어서, 상기 제 4구성층을 증착하는 단계는 전기도금공법에 따라 수행하는 것을 특징으로 하는 미세거울표시소자의 제조방법.
11. 제 5항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2개구홈은 RIE(reactive ion etching) 또는 포토리소그래피(photo lithography)에 따라 식각하는 것을 특징으로 하는 미세거울표시소자의 제조방법.