KR19980078612A - 안정한 형상의 거울을 갖는 박막형 광로 조절 장치 - Google Patents

Abstract

안정한 형상의 거울을 갖는 박막형 광로 조절 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는, M×N 개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 액츄에이터, 그리고 상기 액츄에이터의 상부에 형성된 거울을 포함한다. 상기 액티브 매트릭스는 상기 트랜지스터로부터 연장되며 드레인 패드를 갖는 제1 금속층을 더 포함하며, 상기 액츄에이터는 상기 제1 금속층 및 상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 지지층, 상기 지지층의 상부에 형성된 하부 전극, 상기 하부 전극의 상부에 형성된 변형층, 그리고 상기 변형층의 상부에 형성된 상부 전극을 포함한다. 상기 액츄에이터의 상부에 형성된 상기 거울은 정육각형의 형상을 갖는다. 상기 장치에 따르면, 광원으로부터 입사되는 광을 반사하는 거울이 정육각형의 형상을 갖게함으로써, 거울이 역학적으로 가장 안정한 구조를 가지게 하여 거울의 수명을 연장할 수 있다.

Description

안정한 형상의 거울을 갖는 박막형 광로 조절 장치

본 발명은 박막형 광로 조절 장치인 AMA(Actuated Mirror Arrays)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 역학적으로 안정한 구조를 갖는 거울을 형성함으로써, 거울의 수명을 연장하여 스크린에 투영되는 화상의 화질을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치에 관한 것이다.

광속을 조정할 수 있는 광로 조절 장치, 또는 광 변조기는 광통신, 화상 처리, 그리고 정보 디스플레이 장치 등에 다양하게 응용될 수 있다. 일반적으로 그러한 장치는 광학적 특성에 따라 크게 두 종류로 분류된다. 그 한 종류는 직시형 화상 표시 장치로서 CRT(Cathode Ray Tube) 등이 이에 해당하며, 다른 한 종류는 투사형 화상 표시 장치로서 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : LCD), DMD(Deformable Mirror Device), 그리고 AMA 등이 이에 해당한다. 상기 CRT 장치는 화질은 우수하나 화면의 대형화에 따라 그 중량과 용적이 증가하여 제조 비용이 상승하게 되는 문제점이 있다. 이에 비하여, 액정 표시 장치(LCD)는 광학적 구조가 간단하여 얇게 형성하여 중량을 가볍게 할 수 있으며, 용적을 줄이는 것이 가능하다. 그러나 상기 액정 표시 장치는 광의 편광으로 인하여 1∼2％의 광효율을 가질 정도로 효율이 떨어지고, 액정 물질의 응답 속도가 느리며 그 내부가 과열되기 쉬운 단점이 있다.

따라서, 상기의 문제점을 해결하기 위하여 AMA 또는 DMD 등의 화상 표시 장치가 개발되었다. 현재, DMD가 5％ 정도의 광효율을 가지는 것에 비하여 AMA는 10％ 이상의 광효율을 얻을 수 있다. 상기 AMA는 그 내부에 설치된 각각의 거울들이 광원으로부터 유입되는 빛을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 빛은 슬릿(slit)을 통과하여 스크린에 화상을 맺도록 광을 조절할 수 있는 장치이다. 따라서 그 구조와 동작 원리가 간단하며, 액정 표시 장치나 DMD 등에 비해 높은 광효율을 얻을 수 있다. 또한, 화상의 콘트라스트(contrast)를 향상시켜 밝고 선명한 화상을 얻을 수 있으며, 입사되는 광속의 극성에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 반사되는 광속의 극성에도 영향을 미치지 않는다. 상기 AMA에 내장된 거울들은 각기 슬릿에 대응하도록 배열되며, 액츄에이터(actuator) 내부에 발생하는 전기장에 의해 그 상부의 거울이 경사지게 된다. 따라서 광원으로부터 입사되는 광을 소정의 각도로 조절하여, 스크린에 화상을 맺을 수 있도록 한다. 일반적으로 각각의 액츄에이터는 인가되는 전기적인 화상 신호 및 바이어스 신호에 의하여 발생되는 전기장에 따라 변형을 일으킨다. 상기 액츄에이터가 변형을 일으킬 때, 액츄에이터의 상부에 장착된 각각의 거울들이 경사지게 된다. 따라서 상기 경사진 거울들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시킬 수 있게 된다. 상기 각각의 거울들을 구동하는 변형층의 구성 물질로서 PZT(Pb(Zr, Ti)O₃) 나 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O₃)등의 압전 물질이 이용된다. 또한, PMN(Pb(Mg, Nb)O₃) 등의 전왜 물질을 상기 변형층의 구성 재료로서 사용할 수 있다.

이러한 광로 조절 장치인 AMA는 크게 벌크(bulk)형 장치와 박막(thin film)형 장치로 구분된다. 상기 벌크형 광로 조절 장치는 예를 들면, 미합중국 특허 제5,085,497호(issued to Gregory Um,8 et al.), 제5,159,225호(issued to Gregory Um), 제5,175,465호(issued to Gregory Um, et al.) 등에 개시되어 있다. 상기 벌크형 광로 조절 장치는, 다층 세라믹을 얇게 절단하여 내부에 금속 전극이 형성된 세라믹 웨이퍼(ceramic wafer)를 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(active matrix)에 장착한 후 쏘잉(sawing) 방법으로 가공하고 상부에 거울을 설치하여 구성된다. 그러나 벌크형 광로 조절 장치는 액츄에이터들을 쏘잉 방법에 의하여 분리하여야 하므로 설계 및 제조에 있어서 높은 정밀도가 요구되며, 변형부의 응답 속도가 느린 단점이 있다. 따라서 반도체 제조 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 광로 조절 장치가 개발되었다. 이러한 박막형 광로 조절 장치는 본 출원인이 대한민국 특허청에 특허 출원한 특허출원 제96-52681호(발명의 명칭 : 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법)에 개시되어 있다.

도 1은 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치 중 멤브레인의 평면도를 도시한 것이며, 도 2는 도 1에 도시한 장치를 A­A′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 박막형 광로 조절 장치는 M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(1)와 액티브 매트릭스(1)의 상부에 형성된 액츄에이터(60)를 포함한다.

상기 액티브 매트릭스(1)는 액티브 매트릭스(1)의 일측 상부에 형성된 드레인 패드(5), 액티브 매트릭스(1) 및 드레인 패드(5)의 상부에 적층된 보호층(10), 그리고 보호층(10)의 상부에 적층된 식각 방지층(15)을 포함한다.

상기 액츄에이터(40)는 일측이 상기 식각 방지층(15) 중 아래에 드레인 패드(5)가 형성되어 있는 부분에 접촉되며 타측이 에어 갭(20)을 개재하여 식각 방지층(15)과 평행하게 형성된 단면을 갖는 멤브레인(25), 멤브레인(25)의 상부에 적층된 하부 전극(30), 하부 전극(30)의 상부에 적층된 변형층(35), 일측에 스트라이프(55)를 갖고 상기 변형층(35)의 상부에 적층된 상부 전극(40), 그리고 상기 변형층(35)의 일측으로부터 상기 드레인 패드(5)까지 수직하게 형성된 비어 홀(45)의 내부에 형성된 비어 컨택(50)을 포함한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 멤브레인(25)의 평면은 일측이 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 사각형 형상의 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상을 갖는다. 또한, 상기 멤브레인(25)의 타측에는 인접한 액츄에이터의 멤브레인의 계단형으로 넓어지는 오목한 부분에 대응하도록 양쪽 가장 자리로부터 중심부를 향하여 계단형으로 좁아지는 돌출부가 형성된다. 따라서, 상기 멤브레인(25)의 돌출부는 인접한 액츄에이터의 멤브레인의 오목한 부분에 끼워지고, 상기 멤브레인(25)의 오목한 부분에는 인접한 액츄에이터의 멤브레인의 돌출부가 끼워져 형성된다.

이하 상술한 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다.

도 3a 내지 도 3d는 상기 박막형 광로 조절 장치의 제조 공정도를 도시한 것이다.

도 3a를 참조하면, 내부에 M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고, 일측 상부에 드레인 패드(5)가 형성된 액티브 매트릭스(1)의 상부에 보호층(10)을 형성한다. 보호층(10)은 인 실리케이트 유리(Phosphor-Silicate Glass：PSG)를 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 방법을 이용하여 1．0∼2．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 보호층(10)은 후속하는 공정 동안 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(1)가 손상을 입게 되는 것을 방지한다. 이어서, 상기 보호층(10)의 상부에 식각 방지층(15)을 적층한다. 식각 방지층(15)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD：LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(15)은 후속하는 식각 공정 동안 상기 액티브 매트릭스(1) 및 보호층(10)이 식각 되는 것을 방지한다.

상기 식각 방지층(15)의 상부에는 희생층(18)이 적층된다. 희생층(18)은 아몰퍼스(amorphous) 실리콘을 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여 1．0∼2．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 계속하여, 상기 희생층(18) 중 아래에 드레인 패드(5)가 형성되어 있는 부분을 패터닝하여 상기 식각 방지층(15)의 일부를 노출시킨다.

도 3b를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(15)의 상부 및 희생층(18)의 상부에 멤브레인(25)을 적층한다. 멤브레인(25)은 질화물을 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상기 멤브레인(25)의 상부에 탄탈륨(Ta), 또는 백금(Pt) 등을 사용하여 하부 전극(30)을 형성한다. 하부 전극(30)은 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 적층한다. 상기 하부 전극(30)에는 외부로부터 제1 신호(화상 신호)가 액티브 매트릭스(1)에 내장된 트랜지스터 및 드레인 패드(5)를 통하여 인가된다.

도 3c를 참조하면, 상기 하부 전극(30)의 상부에는 변형층(35)이 적층된다. 변형층(35)은 PZT, PLZT, 또는 ZnO 등의 압전 물질을 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛, 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상기 변형층(35)의 상부에 상부 전극(40)을 적층한다. 상기 상부 전극(40)은 알루미늄(Al), 백금, 탄탈륨 또는 은을 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 상부 전극(40)에는 외부로부터 공통 전극선(도시되지 않음)을 통하여 제2 신호(바이어스 신호)가 인가되며, 동시에 상부 전극(40)은 광원(도시되지 않음)으로부터 입사되는 광을 반사하는 거울의 기능도 함께 수행한다. 이어서, 상부 전극(40)을 소정의 화소(pixel) 형상으로 패터닝하여, 상부 전극(40)의 일측에 상부 전극(40)을 균일하게 동작하게 하여 입사되는 광의 난반사를 방지하는 스트라이프(55)를 형성한다.

도 3d를 참조하면, 상기 변형층(35)의 일측 상부로부터 변형층(35), 하부 전극(30), 멤브레인(25), 식각 방지층(15) 및 보호층(10)을 차례로 식각하여 드레인 패드(5)의 일부가 노출되도록 비어 홀(45)을 형성한다. 이어서, 비어 홀(45)의 내부에 텅스텐(W), 또는 티타늄(Ti) 등을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 하부 전극(30)과 드레인 패드(5)가 연결되도록 비어 컨택(50)을 형성한다. 따라서, 제1 신호가 외부로부터 액티브 매트릭스(1)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(5) 및 비어 컨택(50)을 통하여 하부 전극(30)에 인가될 수 있다.

계속하여, 상기 멤브레인(25)을 소정의 화소 형상으로 패터닝한 후, 플루오르화 수소(HF) 증기를 이용하여 상기 희생층(18)을 식각함으로써 희생층(18)의 위치에 에어 갭(20)이 형성된다. 그리고 상기와 같이 형성된 소자를 세정 및 건조하여 도 2에 도시한 바와 같은 박막형 광로 조절 장치를 완성한다.

상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 하부 전극(30)에 제1 신호(화상 신호)가 인가됨과 동시에 상부 전극(40)에 제2 신호(바이어스 신호)가 인가되면, 상부 전극(40)과 하부 전극(30) 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 변형층(35)이 변형을 일으킨다. 변형층(35)은 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하며, 따라서 액츄에이터(60)는 멤브레인(25)이 형성되어 있는 방향의 반대 방향으로 휘게 된다. 액츄에이터(60)의 상부에 형성된 상부 전극(40)은 거울의 기능도 수행하므로 상기 변형층(35)의 변형에 따라 소정의 각도를 가지고 경사진다. 그러므로, 광원으로부터 입사된 광은 소정의 각도로 경사진 상부 전극(40)에 의해 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺게 된다.

그러나 상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 거울의 기능을 수행하는 상부 전극의 일부만이 구동되어 광원으로부터 유입되는 광을 반사하기 때문에 소자의 실제 면적에 비하여 광효율이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 상부 전극이 복잡한 형상을 가짐으로 인하여 그 역학적 구조가 불안정하게 되는 문제점이 있었다. 이로 인하여 결국 스크린에 투영되는 화상의 화질이 저하된다.

따라서, 본 발명의 목적은 안정한 역학적 구조를 갖는 거울을 형성함으로써, 거울의 수명을 연장하여 스크린에 투영되는 화상의 화질을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 출원인이 선행출원한 박막형 광로 조절 장치 중 멤브레인의 평면도이다.

도 2는 도 1에 도시한 장치를 A­A′선으로 자른 단면도이다.

도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시한 장치의 제조 공정도이다.

도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.

도 5는 도 4에 도시한 장치를 B­B' 선으로 자른 단면도이다.

도 6a 내지 도 6e는 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 액티브 매트릭스 103 : 트랜지스터

125 : 제1 금속층 130 : 제1 보호층

135 : 제2 금속층 140 : 제2 보호층

145 : 식각 방지층 150 : 제1 희생층

155 : 지지층 160 : 하부 전극

165 : 변형층 170 : 상부 전극

175 : 비어 홀 180 : 비어 컨택

185 : 제2 희생층 190 : 에어 갭

200 : 액츄에이터 205 : 거울 포스트

210 : 거울

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 액츄에이터, 그리고 상기 액츄에이터의 상부에 형성된 거울을 포함하는 박막형 광로 조절 장치를 제공한다. 상기 액티브 매트릭스는 상기 트랜지스터로부터 연장되며 드레인 패드를 갖는 제1 금속층을 더 포함하며, 상기 액츄에이터는 ⅰ) 상기 제1 금속층 및 상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 지지층, ⅱ) 상기 지지층의 상부에 형성된 하부 전극, ⅲ) 상기 하부 전극의 상부에 형성된 변형층, 그리고 ⅳ) 상기 변형층의 상부에 형성된 상부 전극을 더 포함한다. 바람직하게는, 상기 액츄에이터의 상부에 형성된 상기 거울은 정육각형의 형상을 갖는다.

상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 전달된 제1 신호(화상 신호)는 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터, 제1 금속층의 드레인 패드 및 비어 컨택을 통하여 하부 전극에 인가된다. 동시에, 외부로부터 공통 전극선을 통하여 상부 전극에 제2 신호(바이어스 신호)가 인가되어 상기 상부 전극과 하부 전극 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이의 변형층이 변형을 일으킨다. 상기 변형층은 발생한 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하게 되며, 이에 따라 변형층을 포함하는 상기 액츄에이터는 소정의 각도를 가지고 상방으로 휘게 된다. 입사되는 광을 반사하는 거울은 액츄에이터의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터가 액츄에이팅함에 따라 그 축이 기울어져 액츄에이터와 함께 경사진다. 따라서, 거울은 광원으로부터 입사되는 광속을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광속은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.

그러므로, 본 발명에 따른 광로 조절 장치에 따르면, 광원으로부터 입사되는 광을 반사하는 거울이 역학적으로 가장 안정한 정육각형의 구조를 가지게 함으로써, 거울의 수명을 연장하여 거울에 의해 반사되어 스크린에 투영되는 화상의 화질을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치를 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 5는 도 4에 도시한 장치를 B­B′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는 내부에 M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터(103)가 내장된 액티브 매트릭스(100)와 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 액츄에이터(200)를 포함한다.

상기 액티브 매트릭스(100)는, 트랜지스터(103)의 상부에 형성되고 상기 트랜지스터(103)로부터 연장되는 드레인 패드를 포함하는 제1 금속층(125), 제1 금속층(125) 및 상기 트랜지스터(103)의 상부에 형성된 제1 보호층(130), 제1 보호층(130)의 상부에 형성된 제2 금속층(135), 제2 금속층(135)의 상부에 형성된 제2 보호층(140), 그리고 제2 보호층(140)의 상부에 형성된 식각 방지층(145)을 포함한다.

상기 액츄에이터(200)는, 식각 방지층(145) 중 아래에 제1 금속층(125)의 드레인 패드가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(190)을 개재하여 식각 방지층(145)과 평행하게 형성된 단면을 가지는 지지층(155), 지지층(155)의 상부에 형성된 하부 전극(160), 하부 전극(160)의 상부에 형성된 변형층(165), 변형층(165)의 상부에 형성된 상부 전극(170), 변형층(165)의 일측으로부터 변형층(165), 하부 전극(160), 지지층(155), 식각 방지층(145), 제2 보호층(140) 및 제1 보호층(130)을 통하여 제1 금속층(125)의 드레인 패드까지 수직하게 형성된 비어 홀(175)의 내부에 형성된 비어 컨택(180), 상부 전극(170)의 일측에 형성된 거울 포스트(205), 그리고 거울 포스트(205)에 그 중앙부가 지지되며 양측부가 액츄에이터(200)에 대하여 수평하게 형성된 단면을 갖는 거울(210)을 포함한다.

도 4를 참조하면, 상기 지지층(155)의 평면의 일측은 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성된다. 상기 지지층(155)의 평면의 타측은 상기 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 가진다. 그러므로, 상기 지지층(155)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 지지층의 오목한 부분이 끼워지고, 상기 사각형 형상의 돌출부가 인접한 지지층의 오목한 부분에 끼워지게 된다. 상기 지지층(155)은 선행 출원에 기재된 장치 중 액츄에이터를 지지하는 멤브레인의 기능을 수행한다. 또한, 상기 거울(210)의 평면은 그 중앙부가 상부 전극(170)의 일측 상에 형성된 거울 포스트(205)에 의하여 지지되는 정육각형의 형상을 갖는다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 6a 내지 도 6e는 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도이다. 도 6a 내지 도 6d에 있어서, 도 5와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.

도 6a를 참조하면, M×N 개의 MOS 트랜지스터(103)가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부에 제1 금속층(105)을 형성한다. 상기 액티브 매트릭스(100)는 실리콘 등의 반도체로 이루어지거나 유리 또는 알루미나(alumina)(Al₂O₃) 등의 절연 물질로 구성된다. 상기 트랜지스터(103)는 외부로부터 제1 신호(화상 신호)를 인가 받아 스위칭(switching) 동작을 수행한다. 제1 금속층(125)은 티타늄(Ti), 질화 티타늄(TiN), 텅스텐, 그리고 질화물을 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 차례로 적층하여 1000∼1200Å 정도의 두께를 가지도록 형성된다. 제1 금속층(125)은 상기 액티브 매트릭스(100) 내의 실리콘이 상방 확산되는 것을 방지하고, 상기 트랜지스터(103)의 드레인으로부터 연장된 드레인 패드를 포함하여 외부로부터 인가된 화상 신호 전류를 트랜지스터(103)로부터 드레인 패드를 통하여 비어 컨택(180)에 전달한다.

도 6b를 참조하면, 상기 제1 금속층(125) 및 트랜지스터(103)의 상부에 제1 보호층(130)을 형성한다. 제1 보호층(130)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 4000∼6000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제1 보호층(130)은 트랜지스터(103)가 내장된 액티브 매트릭스(100) 및 제1 금속층(125)을 보호한다.

상기 제1 보호층(130)의 상부에는 제2 금속층(135)이 형성된다. 제2 금속층(135)은 티타늄 및 질화 티타늄(TiN)을 물리 기상 증착 방법(Physical Vapor Deposition : PVD)을 사용하여 순차적으로 적층하여 1500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제2 금속층(135)은 광원으로부터 입사되는 광이 거울(210) 뿐만 아니라, 거울(210)이 형성된 부분을 제외한 부분에도 입사됨으로 인하여, 액티브 매트릭스(100)에 광전류(photo current)가 흘러 소자가 오동작을 일으키는 것을 방지한다. 이어서, 상기 제2 금속층(135) 중 후속 공정에서 비어 컨택(180)이 형성될 부분을 패터닝하여 제2 금속층(135)에 홀(hole)을 형성함으로써, 제1 보호층(130)의 일부를 노출시킨다.

상기 노출된 제1 보호층(130) 및 제2 금속층(135)의 상부에는 제2 보호층(140)이 적층된다. 제2 보호층(140)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착 방법을 사용하여 2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제2 보호층(140)은 후속하는 공정 동안 트랜지스터(103), 제1 금속층(125) 및 제2 금속층(135)을 포함하는 액티브 매트릭스(100)가 손상을 입게 되는 것을 방지한다. 상기 제2 보호층(140)의 상부에는 식각 방지층(145)이 적층된다. 식각 방지층(145)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 식각 방지층(145)은 상기 액티브 매트릭스(100) 상부에 형성된 결과물이 후속하는 식각 공정 동안 식각되어 손상을 입는 것을 방지한다.

상기 식각 방지층(145)의 상부에는 제1 희생층(150)이 적층된다. 제1 희생층(150)은 인의 농도가 높은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법을 이용하여 0．5∼2．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 제1 희생층(150)은 트랜지스터(103)가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 제1 희생층(150)의 표면을 스핀 온 글래스(Spin On Glass : SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 상기 제1 희생층(150)의 상부를 연마함으로써 평탄화시킨다. 이어서, 액츄에이터(200)의 지지부가 형성될 위치를 고려하여 상기 제1 희생층(150) 중 아래에 상기 제2 금속층(135)의 홀이 형성된 부분을 패터닝하여 상기 식각 방지층(145)의 일부를 노출시킨다.

도 6c를 참조하면, 제3층(154)은 상기 노출된 식각 방지층(145)의 상부 및 제1 희생층(150)의 상부에 적층된다. 제3층(154)은 질화물 또는 금속 등의 경질(rigid)의 물질을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제3층(154)은 후에 상기 액츄에이터(200)를 지지하는 지지층(155)으로 패터닝된다. 이어서, 하부 전극층(159)을 상기 제3층(154)의 상부에 적층한다. 상기 하부 전극층(159)은 백금, 탄탈륨(Ta), 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 전기 전도성을 갖는 금속을 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 그리고, 상기 하부 전극층(159)을 각각의 화소(pixel) 별로 분리하기 위하여 액츄에이터(200)가 형성되는 방향과 나란하게 하부 전극층(159)을 Iso-Cutting한다. 하부 전극층(159)은 후에 제1 신호가 인가되는 하부 전극(160)으로 패터닝된다.

상기 하부 전극층(159)의 상부에는 ZnO, PZT, 또는 PLZT 등의 압전 물질로 구성된 제4층(164)이 적층된다. 제4층(164)은 졸-겔법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ , 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 그리고, 상기 제4층(164)을 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing : RTA) 방법을 이용하여 열처리함으로써 상변이시킨 후, 제4층(164)을 구성하는 압전 물질을 분극시킨다. 제4층(164)은 후에 변형층(165)으로 패터닝되어 상부 전극(170)과 하부 전극(160) 사이에 발생하는 전기장에 의하여 변형을 일으킨다.

상부 전극층은 상기 제4층(164)의 상부에 적층된다. 상부 전극층은 백금, 탄탈륨, 또는 백금-탄탈륨을 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상기 상부 전극층을 패터닝하여 소정의 화소 형상을 갖는 상부 전극(170)을 형성한다. 상부 전극(170)에는 외부로부터 공통 전극선(도시되지 않음)을 통하여 상부 전극(170)과 하부 전극(160) 사이에 전기장을 발생시키기 위한 제2 신호가 인가된다. 따라서, 하부 전극(160)에 제1 신호가 인가되고 상부 전극(170)에 제2 신호가 인가되면, 상부 전극(170)과 하부 전극(160) 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상기 변형층(165)이 변형을 일으키게 된다.

도 6d를 참조하면, 상기 제4층(164) 및 하부 전극층(159)을 차례로 패터닝하여 각기 소정의 화소 형상을 갖는 변형층(165) 및 하부 전극(160)을 형성한다. 이 때, 변형층(165)은 상부 전극(170)보다 약간 넓은 면적을 가지며, 하부 전극(160)은 변형층(165)보다 약간 넓은 면적을 가진다. 계속하여, 상기 변형층(165) 중 아래에 상기 제2 금속층(135)의 홀이 형성된 부분의 상부로부터 변형층(165), 하부 전극(160), 제3층(154), 식각 방지층(145), 제2 보호층(140), 그리고 제1 보호층(130)을 차례로 식각하여 상기 제1 금속층(125)의 드레인 패드까지 비어 홀(180)을 형성한 후, 상기 비어 홀(180)의 내부에 텅스텐, 알루미늄, 또는 티타늄 등의 전기 전도성을 갖는 금속을 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 비어 컨택(180)을 형성한다. 비어 컨택(180)은 상기 제1 금속층(125)과 하부 전극(160)을 전기적으로 연결한다. 그러므로, 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터(103), 제1 금속층(125)의 드레인 패드 및 비어 컨택(180)을 통하여 하부 전극(160)에 인가된다. 이어서, 상기 제3층(154)을 패터닝하여 상기 하부 전극(160)보다 약간 넓은 면적의 화소 형상을 갖는 지지층(155)을 형성한다.

도 6e를 참조하면, 상기 제1 희생층(150)을 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 제거한 후, 상기 결과물의 상부에 유동성이 우수한 폴리머 등을 사용하여 제2 희생층(185)을 형성한다. 제2 희생층(185)은 스핀 코팅(spin coating) 방법을 사용하여 상기 제1 희생층(150)이 제거된 부분을 완전히 채우면서 상기 상부 전극(170)을 기준으로 소정의 높이까지 액츄에이터(200)를 덮도록 형성된다. 이어서, 상기 제2 희생층(185)을 패터닝하여 상부 전극(170)의 일측이 노출되게 한다. 상기 노출된 상부 전극(170)의 일측 및 제2 희생층(185)의 상부에 반사성이 우수한 은, 알루미늄, 또는 백금 등의 금속을 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 사용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 갖는 반사층을 형성한 후, 상기 반사층을 패터닝하여 정육각형의 형상을 갖는 거울(210) 및 거울 포스트(205)를 동시에 형성한다. 상기와 같은 방법에 의해, 광원(도시되지 않음)으로부터 입사되는 광을 반사하는 거울(210)이 정육각형의 형상을 갖게 하여, 거울(210)이 역학적으로 가장 안정한 구조를 가지게 된다. 계속하여, 상기 제2 희생층(185)을 산소 플라즈마(O₂plasma)를 사용하여 제거하여 제2 희생층(185) 및 제1 희생층(150)의 위치에 에어 갭(190)을 형성한 후, 세정 및 건조 처리를 수행하여 도 5에 도시한 바와 같은 AMA 소자를 완성한다.

상술한 바와 같이 M×N 개의 박막형 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 오믹 컨택(ohmic contact)(도시되지 않음)을 형성한다. 그리고, 후속하는 상부 전극(170)에 바이어스 전류를 인가하고 하부 전극(160)에 화상 신호 전류를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package)(도시되지 않음) 본딩(bonding)을 대비하여 포토리쏘그래피 방법을 이용하여 액티브 매트릭스(100)를 소정의 두께까지 자른다. 계속하여, TCP 본딩을 대비해 AMA 패널의 패드(도시되지 않음)가 충분한 높이를 가지기 위하여 AMA 패널의 패드 상부에 포토 레지스트층(도시되지 않음)을 형성한다. 이어서, 상기 포토 레지스트층 중 아래에 패드가 형성되어 있는 부분을 패터닝하여 AMA 패널의 패드를 노출시킨다. 그리고, 상기 포토 레지스트층을 식각하고, 액티브 매트릭스(100)를 소정의 형상으로 완전히 잘라낸 후, AMA 패널의 패드와 TCP의 패드를 일 방향 전도성 수지(Anisotropic Conductive Film : ACF)(도시되지 않음)를 사용하여 연결함으로써 박막형 AMA 모듈(module)의 제조를 완성한다.

상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 전달된 제1 신호(화상 신호)는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터(100), 제1 금속층(125)의 드레인 패드 및 비어 컨택(180)을 통하여 하부 전극(160)에 인가된다. 동시에, TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 공통 전극선으로부터 상부 전극(170)에 제2 신호(바이어스 신호)가 인가되어 상기 상부 전극(170)과 하부 전극(160) 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상부 전극(170)과 하부 전극(160) 사이의 변형층(165)이 변형을 일으킨다. 상기 변형층(165)은 발생한 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하게 되며, 이에 따라 변형층(165)을 포함하는 상기 액츄에이터(200)는 소정의 각도를 가지고 상방으로 휘게 된다. 입사되는 광을 반사하는 거울(210)은 액츄에이터(200)의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터(200)가 액츄에이팅(actuating)함에 따라 그 축이 기울어져 액츄에이터(200)와 함께 경사진다. 따라서, 거울(210)은 광원으로부터 입사되는 광속을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광속은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.

본 발명에 따른 광로 조절 장치에 있어서, 광원으로부터 입사되는 광을 반사하는 거울이 정육각형의 형상을 갖게 함으로써, 거울이 역학적으로 가장 안정한 구조를 가지며 거울의 수명을 연장할 수 있으므로 거울에 의해 반사되어 스크린에 투영되는 화상의 화질을 향상시킬 수 있다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당업자에 의해 개량이나 변형이 가능하다.

Claims (2)

1. M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터(103)가 내장된 액티브 매트릭스(100); 상기 트랜지스터(103)로부터 연장되며 드레인 패드를 포함하는 제1 금속층(125); ⅰ) 상기 제1 금속층(125) 및 상기 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 지지층(155), ⅱ) 상기 지지층(155)의 상부에 형성된 하부 전극(160), ⅲ) 상기 하부 전극(160)의 상부에 형성된 변형층(165), 그리고 ⅳ) 상기 변형층(165)의 상부에 형성된 상부 전극(170)을 포함하는 액츄에이터(200); 그리고 상기 상부 전극(170)의 일측 상부에 형성된 포스트(205)를 갖는 정육각형의 형상의 거울(210)을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 거울(210)은, 은, 알루미늄, 또는 백금으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 사용하여 0．1∼1．0㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.