KR20100075431A - Ｍｅｍｓ 표시장치 및 그의 제조방법 - Google Patents

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수리야프라카쉬 간티
매니쉬 코타리
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퀄컴 엠이엠스 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

MEMS 장치는 동일한 제조 시스템 상에서 제조를 용이하게 하기 위하여 LCD 혹은 OLED 제조에 있어서 이용되는 재료를 포함한다. 가능한 경우, 상기 MEMS 장치 중의 다수의 층에 대해서 동일 혹은 유사한 재료가 이용되며, 부분적으로 투명한 전극에 대해서 투명 도체의 이용이 회피되어, 필요로 되는 재료의 수를 최소화하는 동시에 제조비를 최소화할 수 있다. 소정의 층은 원하는 특성을 얻기 위하여 선택된 합금을 포함한다. 제조 공정 동안 증착된 층들의 중간 처리가 원하는 특성을 지닌 층을 제공하기 위해 이용될 수 있다.

Description

ＭＥＭＳ 표시장치 및 그의 제조방법{MEMS DISPLAY DEVICES AND METHODS OF FABRICATING THE SAME}
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 미국 가특허출원 제60/951,930호(출원일: 2007년 7월 25일)의 우선권의 이득을 주장하며, 이 기초 출원은 참조로 그들의 전문이 본원에 원용된다.
발명의 기술분야
본 발명은 전자기계 장치, 보다 구체적으로는, 마이크로전자기계 시스템(MEMS: microelectromechanical systems) 표시장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
마이크로전자기계 시스템(MEMS)은 마이크로기계 소자, 작동기 및 전자 기기를 포함한다. 마이크로기계 소자는 기판 및/또는 증착(혹은 침착(deposition); 이하 본 명세서에서는 "증착"이라 표기함)된 재료층의 일부를 에칭해내거나 층들을 추가하여 전기 및 전자기계 장치를 형성하는 증착, 에칭 및/또는 기타 미세기계가공(micromachining) 공정들을 이용하여 형성될 수도 있다. MEMS 장치의 한 유형은 간섭계 변조기(interferometric modulator)라 불린다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 간섭계 변조기 또는 간섭계 광 변조기(interferometric light modulator)라는 용어는 광학적 간섭의 원리를 이용하여 광을 선택적으로 흡수 및/또는 반사하는 장치를 의미한다. 소정의 실시형태에 있어서, 간섭계 변조기는 1쌍의 도전판을 포함할 수도 있는 데, 상기 1쌍의 도전판의 어느 하나 또는 양쪽 모두가 전체 또는 부분적으로 투과형 및/또는 반사형일 수도 있고 적절한 전기 신호의 인가 시 상대 운동을 할 수 있다. 특별한 실시형태에 있어서, 하나의 도전판은 기판에 증착된 고정층을 포함할 수도 있고, 다른 하나의 도전판은 공기 간극(air gap)에 의해 고정층과는 분리된 금속막을 포함할 수도 있다. 본 명세서에서 보다 더 상세히 설명하는 바와 같이, 도전판의 상대적 위치에 의해서 간섭계 변조기에 입사되는 광의 광학적 간섭은 변화될 수 있다. 이러한 장치들의 적용 범위는 광범위하며, 기존의 제품들을 개선시키는 데 있어서, 그리고 아직 개발되지 않은 새로운 제품들을 만들어내는 데 있어서 이러한 유형의 장치 특성들이 사용될 수 있도록 이들 장치의 특징들을 이용 및/또는 변경하는 것은 해당 기술 분야에서 유용할 것이다.
본 발명은 전자기계 장치, 보다 구체적으로는, 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 표시장치 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다
일 실시형태에 있어서, 기판 위에 형성되고 패턴화되어 스트립 전극(strip electrode)을 형성하며, 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 장치의 광학적 활성 영역 내에서 상기 스트립 전극 내의 제1의 도체(primary conductor)로서 역할하는 전도성 광 흡수재(conductive optical absorber); 상기 광 흡수재 위에 형성된 적어도 하나의 지지 구조체; 및 상기 전도성 광 흡수재로부터 멀리 이간되어 상기 적어도 하나의 지지 구조체 위에 형성되어 있는 전도성의 변형가능한 층(conductive deformable layer)을 포함하되, 상기 변형가능한 층이 상기 광 흡수재를 향하여 정전기적으로 편향가능한 것인 광학적 MEMS 장치가 제공된다.
다른 실시형태에 있어서, 광학적 MEMS 장치를 제조하는 방법이 제공되며, 해당 방법은, 기판 위에 전도성 광 흡수재를 형성하는 단계; 상기 전도성 광 흡수재를 패턴화하여 스트립 전극을 형성하는 단계로서, 상기 광 흡수재는 상기 MEMS 장치의 광학적 활성 영역 내에서 상기 스트립 전극 내의 제1의 도체로서 역할하는, 스트립 전극의 형성단계; 상기 광 흡수재 위에 희생층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수재 위에 적어도 하나의 지지 구조체를 형성하는 단계; 상기 희생층과 상기 적어도 하나의 지지 구조체 위에 전도성의 변형가능한 층을 형성하는 단계; 및 이형 에칭(release etch)을 수행하여 상기 희생층을 제거해서, 상기 변형가능한 층과 상기 광 흡수재 사이에 공동부(cavity)를 형성하는 단계를 포함한다.
도 1은 제1간섭계 변조기의 이동식 반사층이 이완 위치에 있고, 제2간섭계 변조기의 이동식 반사층이 작동 위치에 있는 간섭계 변조기 디스플레이(표시장치)의 일 실시형태의 일부를 나타낸 등각 투상도;
도 2는 3×3 간섭계 변조기 디스플레이를 내장하는 전자 장치의 일 실시형태를 예시한 시스템 블록도;
도 3은 도 1의 간섭계 변조기의 예시적인 일 실시형태에 대해 이동식 미러(movable mirror)의 위치 대 인가된 전압을 나타낸 선도;
도 4는 간섭계 변조기 디스플레이를 구동하는 데 사용될 수 있는 한 세트의 행방향 전압(row voltage) 및 열방향 전압(column voltage)을 나타낸 도면;
도 5a 및 도 5b는 도 2의 3×3 간섭계 변조기 디스플레이에 표시 데이터의 프레임을 기록하는(write) 데 이용될 수 있는 행방향 신호 및 열방향 신호의 하나의 예시적인 타이밍 선도를 나타낸 도면;
도 6a 및 도 6b는 복수개의 간섭계 변조기를 포함하는 비쥬얼 표시장치(visual display device)의 일 실시형태를 나타낸 시스템 블록도;
도 7a는 도 1의 장치의 단면도;
도 7b는 간섭계 변조기의 대안적인 실시형태의 단면도;
도 7c는 간섭계 변조기의 다른 대안적인 실시형태의 단면도;
도 7d는 간섭계 변조기의 또 다른 대안적인 실시형태의 단면도;
도 7e는 간섭계 변조기의 추가의 대안적인 실시형태의 단면도;
도 8a 내지 도 8i는 간섭계 변조기의 제조에 있어서의 각종 단계들의 개략적 단면도;
도 9는 간섭계 변조기들의 비작동 어레이의 밑면 평면도.
이하의 상세한 설명은 임의의 특정 실시형태들에 관한 것이지만, 본 발명은 다양한 방법들로 구현될 수 있다. 본 설명에 있어서, 도면 전체에 걸쳐서 동일한 구성 요소들은 동일한 참조 번호들로 표기된 도면을 참조한다. 이하의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 각 실시형태는 동화상(예를 들어, 비디오)인지 또는 정지화상(예를 들어, 스틸 이미지(still image))인지, 그리고 문자인지 그림인지의 여부에 따라 화상을 표시하도록 구성되는 장치이면 어떠한 장치에서도 구현될 수도 있다. 더욱 상세하게는, 휴대폰, 무선 장치, PDA(personal data assistant), 초소형 또는 휴대용 컴퓨터, GPS 수신기/네비게이션, 카메라, MP3 플레이어, 캠코더, 게임 콘솔(game console), 손목 시계, 시계, 계산기, 텔레비전 모니터, 플랫 패널 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 자동차 디스플레이(예를 들어, 주행 기록계 디스플레이 등), 콕핏 제어기(cockpit control) 및/또는 디스플레이, 카메라 뷰 디스플레이(예를 들어, 차량의 리어 뷰(rear view) 카메라의 디스플레이), 전자 사진, 전자 광고판 또는 간판, 프로젝터, 건축 구조물, 포장물 및 미술 구조물(예를 들어, 보석류에 대한 화상의 디스플레이)을 포함하지만 이들로 한정되지는 않는 다양한 전자 장치들로 구현되거나 또는 그 다양한 전자 장치들과 관련될 수 있는 것을 고려할 수 있다. 본 명세서에 기재된 것과 마찬가지의 구조체의 MEMS 장치는 또한 전자 전환(즉, 스위칭) 장치 등에서와 같은 표시장치가 아닌 용도에도 이용될 수 있다.
간섭계 변조기와 같은 MEMS 장치의 제조방법은 제조 공정을 단순화하도록 혹은 평판형 표시장치 제조설비(혹은 "fab") 또는 통상의 LCD 혹은 OLED 제조설비 등과 같은 박막 트랜지스터(TFT) 제조설비에서의 제조를 용이하게 하는 제조공정을 적합화시키도록 설계되어 있을 수 있다. 더욱 커다란 단순화는 다수의 층에 동일한 재료를 이용(예를 들어, 흡수재와 희생층에 MoCr 혹은 Mo를 이용)하고, 신호를 반송하도록 광합 흡수재를 이용하는 데 충분히 작은 어레이용의 광학적 적층부(optical stacks)로부터 값비싼 투명 전도성 산화물(예를 들어, ITO)을 제거함으로써 달성될 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 상기 제조공정은 이러한 제조 설비에 이용되는 MoCr 합금 등의 재료를 편입시킬 수 있다. 다른 실시형태에 있어서는, 간섭계 변조기 혹은 기타 MEMS 장치에 원하는 특성을 제공하기 위하여 특정 조성을 지닌 합금 등의 재료를 이용할 수 있다.
간섭계 MEMS 표시 소자를 포함하는 간섭계 변조기 디스플레이의 일 실시형태가 도 1에 예시되어 있다. 이들 장치에 있어서, 화소들은 명 상태(bright state) 또는 암 상태(dark state)이다. 명("이완" 또는 "열린") 상태에서, 표시 소자는 입사되는 가시광의 많은 부분을 사용자에게 반사시킨다. 암("작동" 또는 "닫힌") 상태에 있을 경우, 표시 소자는 입사되는 가시 광선을 사용자에게 거의 반사하지 않는다. "온" 및 "오프" 상태의 광 반사 특성은 실시형태에 따라서 반대로 되어 있을 수도 있다. MEMS 화소들은 선택된 색에서 우선적으로 반사하도록 구성되어 흑색 및 백색에 부가해서 컬러 표시를 가능하게 한다.
도 1은 비쥬얼 디스플레이의 일련의 화소에 있어서 두 개의 인접한 화소들을 나타낸 등각 투상도인 데, 여기서 각 화소는 MEMS 간섭계 변조기를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 간섭계 변조기 디스플레이는 이들 간섭계 변조기의 행/열 어레이를 포함한다. 각각의 간섭계 변조기는 서로 간에 가변적이고 제어 가능한 거리에 위치된 1쌍의 반사층을 포함하여 적어도 하나의 가변 치수를 가진 공진 광학적 간극(resonant optical gap)을 형성한다. 일 실시형태에 있어서, 반사층들 중 하나는 두 위치 사이에서 움직일 수도 있다. 여기서 이완 위치라고도 지칭되는 제1의 도체제1의 도체에서, 이동식 반사층은 고정된 부분 반사층으로부터 상대적으로 먼 거리에 위치된다. 여기서 작동 위치라고도 지칭되는 제2 위치에서, 이동식 반사층은 상기 부분 반사층에 더 가까이 인접하여 위치된다. 이들 두 층에서 반사된 입사광은 이동식 반사층의 위치에 따라서 보강(constructively) 간섭 또는 소멸(destructively) 간섭하여 각 화소에 대해 전체 반사 상태 또는 비반사 상태를 생성한다.
도 1에 있어서 화소 어레이의 도시된 부분은 두 개의 인접한 간섭계 변조기(12a), (12b)를 포함한다. 왼쪽에 위치한 간섭계 변조기(12a)에는 부분 반사층을 포함하는 광학적 적층부(optical stack)(16a)로부터 소정 거리 떨어진 이완 위치에 이동식 반사층(14a)이 예시되어 있다. 오른쪽에 위치한 간섭계 변조기(12b)에는 광학적 적층부(16b)에 인접한 작동 위치에 이동식 반사층(14b)이 예시되어 있다.
여기서 참조 기호로 표시되는 바와 같은 광학적 적층부(16a), (16b)(일괄해서 광학적 적층부(16)라 표기함)는 전형적으로 수 개의 융합층(fused layer)을 포함하는 데, 이들 융합층은 인듐 주석 산화물(indium tin oxide: ITO)과 같은 전극층, 크롬과 같은 부분 반사층 및 투명 유전체를 포함할 수 있다. 따라서, 광학적 적층부(16)는 전기 전도성이고, 부분적으로 투명하며, 부분적으로 반사성이고, 예를 들어 하나 이상의 상기 층들을 투명한(혹은 투과성) 기판(20) 위에 증착함으로써 제조될 수 있다. 부분적으로 반사성인 층(즉, 부분 반사층)은 각종 금속, 반도체 및 유전체 등과 같이 부분적으로 반사성인 각종 재료로부터 형성될 수 있다. 이 부분적으로 반사성인 층은 하나 이상의 재료의 층으로 형성될 수 있고, 이들 층의 각각은 단일 재료 혹은 이들 재료의 조합으로 형성될 수 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 이하에 더욱 설명되는 바와 같이, 광학적 적층체(16)의 층들은 평행 스트립들로 패턴화되고, 표시장치 내에서 행방향 전극들을 형성할 수도 있다. 이동식 반사층(14a), (14b)은 기둥부(즉, 지지부)(18) 사이에 증착되는 중재 희생 재료 및 기둥부(18)의 상부면에 증착된 증착 금속층 또는 증착 금속층들(광학적 적층부(16a), (16b)의 행방향 전극에 직교)로 이루어진 일련의 평행 스트립들로서 형성될 수도 있다. 희생 재료를 에칭하여 제거하면, 이동식 반사층(14a), (14b)은 광학적 적층부(16b), (16b)로부터 소정의 간극(19)만큼 분리되게 된다. 알루미늄과 같은 고 전도성·반사성 재료가 반사층(14)에 사용될 수 있고, 이들 스트립들은 표시장치에서 열방향 전극들을 형성할 수도 있다. 단, 도 1은 일정 비율로 되어 있지 않을 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 기둥부(18) 사이의 간격은 10 내지 100 ㎛ 정도의 치수일 수 있는 한편, 간극(19)은 1000Å 미만의 치수일 수 있다.
도 1에 있어서 화소(12a)로 예시된 바와 같이, 전압이 인가되지 않을 경우, 이동식 반사층(14a)이 기계적으로 이완된 상태에서, 간극(19)이 이동식 반사층(14a)과 광학적 적층부(16a) 사이에서 유지된다. 그러나, 선택된 행 및 열에 전위(전압)차가 인가될 경우, 대응하는 화소에서 행방향 전극과 열방향 전극의 교차점에 형성된 커패시터는 충전되고, 정전기력은 전극들을 함께 당긴다. 전압이 충분히 높다면, 이동식 반사층(14)은 변형이 일어나 광학적 적층부(16)에 대해서 힘을 가한다. 도 1의 오른쪽에 위치한 작동 화소(12b)로 표시된 바와 같이, 광학적 적층부(16) 내의 유전체 층(도 1에서는 도시 생략)은 단락이 방지되어 층(14)과 층(16) 간의 이격 거리를 조절한다. 이러한 거동은 인가된 전위차의 극성에 상관없이 동일하다.
도 2 내지 도 5b는 디스플레이 적용에 있어서 간섭계 변조기들의 어레이를 사용하기 위한 하나의 예시적 과정 및 시스템을 예시한다.
도 2는 본 발명의 양상들을 내포할 수도 있는 전자 장치의 일 실시형태를 예시한 시스템 블록도이다. 전자 장치는 프로세서(21)를 포함하는 데, 이 프로세서는 ARM(등록상표), 펜티엄(Pentium)(등록상표), 8051, MIPS(등록상표), Power PC(등록상표), ALPHA(등록상표)와 같은 범용 단일 칩 프로세서 또는 멀티 칩 마이크로 프로세서, 또는 디지털 신호 프로세서, 마이크로제어기와 같은 소정의 특수 목적의 마이크로프로세서, 또는 프로그래밍가능한 게이트 어레이일 수도 있다. 당업계에 있어서 통상적인 바와 같이, 상기 프로세서(21)는 하나 이상의 소프트웨어 모듈을 실행하도록 구성될 수도 있다. 오퍼레이팅 시스템(operating system)의 실행과 더불어, 상기 프로세서는 웹 브라우저(web browser), 전화 애플리케이션(application), 이메일 프로그램 또는 기타 임의의 소프트웨어 애플리케이션을 비롯한 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 실행하도록 구성될 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 프로세서(21)는 또한 어레이 드라이버(22)와 통신하도록 구성된다. 일 실시형태에 있어서, 어레이 드라이버(22)는 디스플레이 어레이 혹은 패널(30)에 신호를 제공하는 행방향 드라이버 회로(24) 및 열방향 드라이버 회로(26)를 포함한다. 도 1에 예시된 어레이의 단면은 도 2의 1-1선에 의해 표시된다. 단, 도 2는 명확성을 기하기 위하여 간섭계 변조기들의 3×3 어레이를 예시하고 있지만, 디스플레이 어레이(30)는 매우 많은 수의 간섭계 변조기를 포함할 수 있고, 또한 열 방향과 행 방향에 있어서 상이한 수의 간섭계 변조기를 지닐 수 있다(예를 들어, 행당 300개의 화소 × 열당 190개의 화소).
도 3은 도 1의 간섭계 변조기의 예시적인 일 실시형태에 대해 이동식 미러의 위치 대 인가된 전압을 나타낸 선도이다. MEMS 간섭계 변조기에 대해서, 행/열 작동 프로토콜은 도 3에 예시된 바와 같이 이들 장치의 히스테리시스 특성을 이용할 수 있다. 간섭계 변조기는, 예를 들어, 이완 상태에서 작동 상태로 이동식 층을 변형시키기 위해 10 볼트의 전위차가 필요할 수도 있다. 그러나, 이러한 값으로부터 전압이 감소될 경우, 전압이 10 볼트 미만으로 다시 떨어질 때에 이동식 층은 그 상태를 유지한다. 도 3의 예시적 실시형태에 있어서, 전압이 2 볼트 미만으로 떨어질 때까지 이동식 층은 완전히 이완되지 않는다. 이와 같이 해서, 도 3에 예시된 예에서 약 3 내지 7 V의 인가된 전압의 창이 존재하고, 이 범위 내에서 장치가 이완 또는 작동 상태에서 안정적이다. 이것을 여기서는 "히스테리시스 창" 또는 "안정성 창"이라고 칭한다. 도 3의 히스테리시스 특성을 가지는 디스플레이 어레이에 대해서, 행방향 스트로빙(strobing) 동안 스트로빙된 행에 있는 작동될 화소들이 약 10 볼트의 전압차에 노출되고, 이완될 화소들이 0 볼트에 근접한 전압차에 노출되도록 행/열방향 작동 프로토콜을 설계할 수 있다. 스트로빙 후에, 화소들은 약 5 볼트의 정상 상태 전압차에 노출되므로, 이들은 행방향 스트로빙이 화소들을 어떤 상태에 두었던지 그 상태를 유지하게 된다. 이러한 예에서, 각 화소는, 기록된 후에, 3 내지 7 볼트의 "안정성 창" 내에서 전위차를 보인다. 이러한 특성으로 작동 또는 이완의 기존 상태에서 동일한 인가 전압 조건 하에서 도 1에 예시된 화소 설계가 안정화된다. 간섭계 변조기의 각 화소는 작동 상태인지 혹은 이완 상태인지에 따라 본질적으로 고정식 반사층 및 이동식 반사층에 의해 형성된 커패시터이기 때문에, 이러한 안정한 상태는 전력 손실이 거의 없이 히스테리시스 창 내의 전압에서 유지될 수 있다. 인가된 전위가 고정되어 있다면 화소로 들어가는 전류 흐름은 실질적으로 없다.
이하에 더욱 설명하는 바와 같이, 전형적인 응용에 있어서, 제1행에 있는 원하는 세트의 작동 화소에 따라 열방향 전극 세트를 가로질러 데이터 신호의 세트(각각은 소정의 전압 레벨을 지님)를 전송함으로써 화상의 프레임을 생성할 수도 있다. 다음에, 행방향 펄스가 제1행의 전극에 인가되어 데이터 신호의 세트에 대응하는 화소를 작동시킨다. 그 후, 상기 데이터 신호의 세트는 제2행에 있는 원하는 세트의 작동 화소에 대응하도록 변경된다. 이어서, 펄스가 제2행의 전극에 인가되어, 데이터 신호에 따라서 제2행에 있는 적절한 화소들을 작동시킨다. 제1행의 화소들은 제2행의 펄스의 영향을 받지 않고 제1행의 펄스 동안 그들이 설정되었던 상태로 유지된다. 이것은 프레임을 작성하기 위하여 일련의 전체 행들에 대해서 순차적으로 반복될 수도 있다. 일반적으로, 이러한 과정을 초당 원하는 프레임 수만큼 계속적으로 반복함으로써 프레임들은 새로운 표시 데이터로 리프레시(refresh) 및/또는 갱신된다. 더불어, 화상 프레임을 작성하는 화소 어레이의 행방향 전극 및 열방향 전극을 구동하기 위한 매우 다양한 프로토콜이 사용될 수도 있다.
도 4, 도 5a 및 도 5b는 도 2의 3×3 어레이 위에 표시 프레임을 생성하기 위한 하나의 가능한 작동 프로토콜을 예시한다. 도 4는 도 3의 히스테리시스 곡선을 나타내는 화소를 위해 사용될 수도 있는 가능한 세트의 행방향 전압 레벨들 및 열방향 전압 레벨들을 예시한다. 도 4의 실시형태에서, 화소를 작동시키기 위해서는 적절한 열을 -Vbias로 설정하고 적절한 행을 +ΔV로 설정하는 것이 필요한데, -Vbias 및 +ΔV는 각각 -5 볼트 및 +5 볼트에 대응한다. 화소에 대한 볼트 전위차가 0이 되는 동일한 +ΔV로 적절한 행을 설정하고 +Vbias로 적절한 열을 설정함으로써 화소의 이완을 수행한다. 행방향 전압이 0볼트로 유지되는 이들 행에서, 열이 -Vbias이거나 +Vbias인 것에 상관없이, 화소들은 그들의 원래 상태가 어떠하든 안정하다. 도 4에 또한 예시된 바와 같이, 앞서 설명한 것과 반대 극성의 전압이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 화소를 작동시키는 것은 적절한 열을 +Vbias로 설정하고 적절한 행을 -ΔV로 설정하는 것을 수반할 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 화소에 대한 0 볼트 전위차를 생성하는 동일한 -ΔV로 적절한 행을 설정하고 -Vbias로 적절한 열을 설정함으로써 화소의 이완을 수행한다.
도 5b는 도 5a에 예시된 디스플레이 구성으로 되는 도 2의 3×3 어레이에 인가되는 일련의 행방향 신호 및 열방향 신호를 나타낸 타이밍도로서, 여기서 작동 화소들은 비반사형이다. 도 5a에 예시된 프레임을 기록하기에 앞서, 화소들은 임의의 상태에 있을 수 있고, 이 예에서, 모든 행들은 0볼트이고 모든 열들은 +5 볼트이다. 이들 인가 전압에 의하면, 화소는 모두 그들의 기존의 작동 또는 이완 상태에서 안정하다.
도 5a의 프레임에서, (1,1), (1,2), (2,2), (3,2) 및 (3,3) 화소들이 작동된다. 이것을 달성하기 위해서, 제1행에 대한 "라인 시간"(line time) 동안 제1열과 제2열은 -5볼트로 설정되고, 제3열은 +5볼트로 설정된다. 이것은 임의의 화소들의 상태를 변화시키지 않는 데, 그 이유는 모든 화소들이 3 내지 7볼트 안정성 창에 유지되기 때문이다. 다음에, 제1행은 0볼트에서 5볼트까지 가고 다시 0볼트로 가는 펄스로 스트로빙된다. 이것은 (1,1) 화소 및 (1,2) 화소를 작동시키고 (1,3) 화소를 이완시킨다. 어레이 내의 다른 화소들은 영향을 받지 않는다. 원하는 바와 같이 제2행을 설정하기 위하여, 제2열을 -5볼트로 설정하고 제1열 및 제3열을 +5볼트로 설정한다. 다음에, 제2행에 인가된 동일한 스트로브(strobe)는 (2,2) 화소를 작동시키고 (2,1) 및 (2,3) 화소를 이완시킬 것이다. 재차, 어레이의 다른 화소들은 영향받지 않는다. 제3행은 제2열 및 제3열을 -5볼트로 설정하고 제1열을 +5볼트로 설정함으로써 마찬가지로 설정된다. 제3행의 스트로브는 도 5a에 도시된 바와 같이 제3행의 화소들을 설정한다. 프레임을 기록한 후에, 행방향 전위들은 0이고 열방향 전위들은 +5볼트 또는 -5볼트로 유지될 수 있게 되어, 디스플레이는 도 5a의 구성에서 안정적이다. 수십 또는 수백 개의 행과 열들을 가진 어레이들에 대해서 동일한 과정을 이용할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또, 행 및 열 작동을 수행시키는 데 사용되는 타이밍, 수순 및 전압 레벨들은 상기의 일반적인 원리 범위 안에서 매우 다양할 수 있고, 상기 예는 다만 예시적인 것에 불과하며, 다른 작동 전압 방법이 본 명세서에 기재된 시스템 및 방법과 함께 사용될 수 있다는 것을 또한 이해할 수 있을 것이다.
도 6a 및 도 6b는 표시장치(40)의 일 실시형태를 예시한 시스템 블록도이다. 예를 들어, 표시장치(40)는 이동 전화기 또는 휴대 전화기일 수 있다. 그러나, 표시장치(40)의 동일한 구성 요소들 또는 그것의 약간의 변경으로는 또한 텔레비전 및 휴대용 미디어 플레이어와 같은 다양한 유형의 표시장치를 들 수 있다.
표시장치(40)는 하우징(housing)(41), 디스플레이(30), 안테나(43), 스피커(45), 입력 장치(48) 및 마이크(46)를 포함한다. 일반적으로 하우징(41)은 사출 성형 및 진공 성형을 비롯한 당업자들에게 잘 알려진 다양한 제조 과정들 중의 어떤 것으로 형성된다. 또한, 하우징(41)은 플라스틱, 금속, 유리, 고무 및 세라믹, 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이들로 한정되지 않는 다양한 재료 중의 어떤 것으로 만들어질 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 하우징(41)은 다른 색깔을 가지거나 다른 로고, 그림 또는 기호를 포함하는 분리 가능한 부분들과 호환될 수도 있는 분리 가능한 부분(도시 생략)을 포함한다.
예시적인 표시장치(40)의 디스플레이(30)는, 여기에서 설명되는 바와 같이, 쌍안정 디스플레이를 비롯한 다양한 디스플레이들 중의 어떤 것일 수도 있다. 다른 실시형태에 있어서, 디스플레이(30)는 앞서 설명한 바와 같은 플라즈마, EL, OLED, STN LCD 또는 TFT LCD와 같은 평판형 디스플레이, 또는 CRT나 다른 종류의 관(tube) 장치와 같은 비평판형(non-flat-panel) 디스플레이를 포함한다. 그러나, 본 실시형태를 설명할 목적으로, 상기 디스플레이(30)는 여기에서 설명하는 바와 같이 간섭계 변조기 디스플레이를 포함한다.
예시적 표시장치(40)의 일 실시형태의 구성 요소들은 도 6b에 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 예시적 표시장치(40)는 하우징(41)을 포함하고 적어도 그 속에 부분적으로 수용된 추가적인 구성 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 예시적 표시장치(40)는 트랜스시버(47)에 결합된 안테나(43)를 포함하는 네트워크 인터페이스(27)를 포함한다. 트랜스시버(47)는 컨디셔닝 하드웨어(conditioning hardware)(52)에 연결된 프로세서(21)에 접속된다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 신호를 조절(예를 들어, 신호를 필터링)하도록 구성될 수도 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 스피커(45) 및 마이크(46)에 연결된다. 프로세서(21)는 입력 장치(48) 및 드라이버 제어기(29)에도 연결된다. 드라이버 제어기(29)는 프레임 버퍼(frame buffer)(28)에 그리고 어레이 드라이버(22)에 결합되고, 어레이 드라이버(22)는 이어서 디스플레이 어레이(30)에 결합된다. 전력 공급 장치(50)는 특정한 예시적 표시장치(40) 설계에 요구되는 바와 같이 모든 구성 요소들에 전력을 제공한다.
네트워크 인터페이스(27)는 예시적 표시장치(40)가 네트워크를 통하여 하나 이상의 장치와 연통할 수 있도록 안테나(43) 및 트랜스시버(47)를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 네트워크 인터페이스(27)는 프로세서(21)의 요건을 완화시킬 수 있는 몇몇 처리 능력도 가질 수 있다. 안테나(43)는 신호를 송수신하기 위해, 당업자들에게 알려진 소정의 안테나이다. 일 실시형태에 있어서, 안테나는 IEEE 802.11(a), (b) 또는 (g)를 비롯한 IEEE 802.11 표준에 따라서 RF 신호를 송수신한다. 다른 실시형태에 있어서, 안테나는 블루투스(BLUETOOTH) 표준에 따라서 RF 신호를 송수신한다. 이동 전화기의 경우, 안테나는 CDMA, GSM, AMPS 또는 무선 이동 전화 네트워크 내에서 연통하기 위해 사용되는 기타 공지된 신호를 수신하도록 설계되어 있다. 트랜스시버(47)는 안테나(43)로부터 수신된 신호를 미리 처리하여 이 신호가 프로세서(21)에 의해 수신되고 나아가 조작될 수도 있다. 또, 트랜스시버(47)는 프로세서(21)로부터 수신된 신호도 처리하여 이 신호가 안테나(43)를 거쳐서 예시적 표시장치(40)로부터 전송될 수 있게 한다.
대안적인 실시형태에 있어서, 트랜스시버(47)는 수신기로 대체될 수 있다. 또 다른 대안적인 실시형태에 있어서, 네트워크 인터페이스(27)는 프로세서(21)에 전송될 화상 데이터를 저장하거나 생성할 수 있는 이미지 소스(즉, 화상 공급원(image source))로 대체될 수 있다. 예를 들어, 화상 공급원은 화상 데이터를 포함하는 디지털 비디오 디스크(DVD: digital video disc)나 하드 디스크 드라이브, 또는 화상 데이터를 생성하는 소프트웨어 모듈일 수 있다.
프로세서(21)는 일반적으로 예시적 표시장치(40)의 전체적인 동작을 제어한다. 프로세서(21)는 네트워크 인터페이스(27) 또는 화상 공급원으로부터의 압축된 화상 데이터와 같은 데이터를 수신하고, 해당 데이터를 원천 화상 데이터(raw image data)로 또는 원천 화상 데이터로 즉시 처리할 수 있는 포맷으로 처리한다. 그 후, 프로세서(21)는 처리된 데이터를 드라이버 제어기(29)로 또는 저장을 위해 프레임 버퍼(28)로 전송한다. 원천 데이터는 전형적으로 화상 내의 각각의 위치에서 화상 특성들을 식별하는 정보를 의미한다. 예를 들어, 이러한 화상 특성들은 색깔, 채도(saturation), 계조 레벨(gray-scale level)을 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 프로세서(21)는 예시적 표시장치(40)의 동작을 제어하는 마이크로 제어기, CPU 또는 논리 유닛을 포함한다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 일반적으로 신호를 스피커(45)에 전송하기 위해, 그리고 마이크(46)로부터 신호를 수신하기 위해 증폭기들 및 필터들을 포함한다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 예시적 표시장치(40) 내에 있는 별도의 구성 요소일 수도 있거나 프로세서(21) 혹은 기타 구성 요소들 내에 내장되어 있을 수도 있다.
드라이버 제어기(29)는 프로세서(21)에서 생성된 원천 화상 데이터를 프로세서(21)로부터 혹은 프레임 버퍼(28)로부터 직접 취하여 어레이 드라이버(22)로 고속 전송하기 위해 원천 화상 데이터를 적절하게 재포맷한다. 구체적으로, 드라이버 제어기(29)는 원천 화상 데이터를 래스터 유사 포맷(raster like format)을 가진 데이터 흐름으로 재포맷하므로, 디스플레이 어레이(30)에 걸쳐 스캐닝하기에 적합한 시간 순서를 가진다. 다음에, 드라이버 제어기(29)는 포맷된 정보를 어레이 드라이버(22)에 전송한다. 비록 LCD 제어기와 같은 드라이버 제어기(29)가 자립형 집적 회로(stand-alone Integrated Circuit(IC))로서 시스템 프로세서(21)와 종종 연관되지만, 이러한 제어기들은 다양한 방법들로 구현될 수도 있다. 이들은 프로세서(21) 내에 하드웨어로서 삽입될 수 있거나, 소프트웨어로서 프로세서(21) 내에 삽입될 수도 있거나, 또는 어레이 드라이버(22)와 함께 하드웨어에 완전히 일체화될 수도 있다.
전형적으로, 어레이 드라이버(22)는 포맷된 정보를 드라이버 제어기(29)로부터 수신하고 디스플레이의 x-y 매트릭스의 화소들로부터 나온 수백, 때로는 수천개의 인출선에 초당 여러 번 인가되는 병렬 세트의 파형들로 비디오 데이터를 재포맷한다.
일 실시형태에 있어서, 드라이버 제어기(29), 어레이 드라이버(22) 및 디스플레이 어레이(30)는 여기서 설명하는 디스플레이들의 유형 중 어느 것에나 적합하다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 드라이버 제어기(29)는 종래의 디스플레이 제어기 또는 쌍안정 디스플레이 제어기(예를 들어, 간섭계 변조기 제어기)이다. 다른 실시형태에 있어서, 어레이 드라이버(22)는 종래의 드라이버 또는 쌍안정 디스플레이 드라이버(예를 들어, 간섭계 변조기 디스플레이)이다. 일 실시형태에 있어서, 드라이버 제어기(29)는 어레이 드라이버(22)와 일체형이다. 이러한 일 실시형태는 이동 전화기, 시계 및 기타 소형 디스플레이와 같은 고집적 시스템에 있어서 일반적이다. 또 다른 실시형태에 있어서, 디스플레이 어레이(30)는 전형적인 디스플레이 어레이 또는 쌍안정 디스플레이 어레이(예를 들어, 간섭계 변조기들의 어레이를 포함하는 디스플레이)이다.
입력 장치(48)는 사용자로 하여금 예시적 표시장치(40)의 동작을 제어하도록 한다. 일 실시형태에 있어서, 입력 장치(48)는 QWERTY 키보드 또는 전화기 키패드와 같은 키패드, 버튼, 스위치, 터치 센스 스크린, 감압막 또는 감열막을 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 마이크(46)는 예시적 표시장치(40)에 대한 입력 장치이다. 이 장치에 데이터를 입력하기 위해 마이크(46)가 사용되는 경우, 음성 명령들이 사용자에 의해 제공되어 예시적 표시장치(40)의 동작들을 제어할 수도 있다.
전력 공급 장치(50)는 당업계에 잘 알려져 있는 다양한 에너지 저장 장치들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 전력 공급 장치(50)는 니켈-카드뮴 배터리 또는 리튬 이온 배터리와 같은 충전용 배터리이다. 다른 실시형태에 있어서, 전력 공급 장치(50)는 재생 가능 에너지 원, 커패시터, 또는 플라스틱 태양 전지, 태양 전지 도료를 비롯한 태양 전지이다. 다른 실시형태에 있어서, 전력 공급 장치(50)는 벽에 붙은 콘센트에서 전력을 받도록 구성된다.
소정의 실시형태에 있어서, 제어 프로그램은 앞서 설명한 바와 같이 전자 디스플레이 시스템 안의 몇몇 장소에 위치될 수 있는 드라이버 제어기 내에 존재한다. 몇몇 경우에 있어서, 제어 프로그램은 어레이 드라이버(22) 내에 존재한다. 앞서 설명한 최적화는 다수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성 요소들 및 다양한 형태로 구현될 수 있다.
앞서 설명한 원리들에 따라서 작동되는 간섭계 변조기의 상세한 구조는 매우 다양할 수 있다. 예를 들어, 도 7a 내지 도 7e는 이동식 반사층(14) 및 그의 지지 구조체의 다섯 개의 서로 다른 실시형태를 나타낸다. 도 7a는 도 1의 실시형태의 단면도인데, 여기서 금속 재료(14)의 스트립은 직교 방향으로 연장된 지지부(18) 상에 증착된다. 도 7b에 있어서, 이동식 반사층(14)은 줄(tether)(32) 상에 단지 모서리에서 지지부에 부착된다. 도 7c에 있어서, 이동식 반사층(14)은 가요성 금속을 포함할 수도 있는 변형가능한 층(34)으로부터 매달려 있다. 이 변형가능한 층(34)은 해당 변형가능한 층(34) 주변의 기판(20)에 직접적으로 혹은 간접적으로 접속된다. 이들 접속부(혹은 연결부)는 여기서는 지지 기둥부라고도 칭한다. 도 7d에 나타낸 실시형태는 변형가능한 층(34)이 안착되는 지지 기둥 플러그(support post plug)(42)를 가진다. 이동식 반사층(14)은 도 7a 내지 도 7c에 있어서와 마찬가지로 간극부 위에 매달린 채 유지되지만, 변형가능한 층(34)은 해당 변형가능한 층(34)과 광학적 적층부(16) 사이의 구멍들을 채움으로써 지지 기둥부를 형성하지 않는다. 오히려, 지지 기둥부는 평탄화 재료로 형성되고, 이것은 지지 기둥 플러그(42)를 형성하는 데 이용된다. 다른 실시형태에 있어서, 지지부는 추가로 혹은 대안적으로 지지 레일 등과 같은 연속 벽을 포함할 수 있다. 도 7e에 나타낸 실시형태는 도 7d에 나타낸 실시형태에 의거한 것이지만, 도 7a 내지 도 7c에 나타낸 실시형태뿐만 아니라 도시하지 않은 추가적인 실시형태의 어느 것과 함께 작용하도록 적합화될 수도 있다. 도 7e에 나타낸 실시형태에 있어서, 금속 또는 기타 전도성 재료의 여분의 층은 버스 구조체(44)를 형성하는 데 이용되어왔다. 이것에 의해 신호가 간섭계 변조기의 이면을 따라 라우팅(routing)될 수 있고, 그렇지 않으면 기판(20) 상에 형성될 수도 있는 다수의 전극을 제거할 수 있다.
도 7a 내지 도 7e에 나타낸 것과 같은 실시형태에 있어서, 간섭계 변조기는 직시형(direct-view) 장치로서 기능하는 데, 여기서 화상들은 투명한 기판(20)의 앞면 쪽으로부터 보이고 그 반대편에는 변조기들이 배열되어 있다. 이들 실시형태에 있어서, 반사층(14)은 변형가능한 층(34)을 비롯한, 기판(20)의 반대편의 반사층 쪽에 있는 간섭계 변조기의 일부를 광학적으로 차단한다. 이것에 의해 상기 차단된 영역은 화질에 부정적으로 영향을 미치는 일없이 구성되고 작동될 수 있게 된다. 이러한 차단은 도 7e에서 버스 구조체(44)를 허용하며, 이것은 어드레싱 및 그 어드레싱으로부터 기인하는 이동 등과 같은, 상기 변조기의 전자기계 특성으로부터 해당 변조기의 광학적 특성을 분리시키는 능력을 제공한다. 이 분리가능한 변조기 구조체로 인해 해당 변조기의 광학적 측면들 및 전자기계적 측면들에 대해 사용되는 재질들 및 구조 설계가 선택되어 서로 독립적으로 기능하게 된다. 더욱이, 도 7c 내지 도 7e에 도시된 실시형태는 변형가능한 층(34)에 의해 수행되는, 기계적 서브층적 특성들로부터 반사층(14)의 광학적 특성들을 분리함으로써 얻어지는 추가적인 장점들을 가진다. 이로 인해 반사층(14)에 사용되는 구조 설계 및 재질들이 광학적 특성에 대해서 최적화되고, 변형가능한 층(34)에 사용되는 구조 설계 및 재질들이 원하는 기계적 특성에 대해서 최적화된다.
추가의 구조체가 간섭계 변조기 등의 MEMS 장치의 어레이 내 혹은 그 근방에 제공될 수 있다. 예를 들어, 마스크는 어레이를 볼 때 바람직하지 않은 광학 효과를 최소화하거나 방지할 수 있고, 버싱 구조체(bussing structure)는 상기 어레이 전체를 통해서 전도성을 향상시킬 수 있다. 또한, 소정의 원하는 효과를 얻기 위하여 특정 재료를 이용할 수 있다. 이용되는 재료는, 제조 공정을 단순화하도록, 혹은 박막 트랜지스터(TFT) 제조설비(혹은 "fab") 등과 같은, 이미 적소에 있는 특정 제조장비에 상기 제조 공정을 적합화시키도록, 장치를 제조하는 데 이용되는 상이한 재료의 양을 최소화하기 위하여 채택될 수도 있다.
도 8a 내지 도 8i는 MEMS 장치의 어레이를 형성하는 데 이용될 수 있는 공정 흐름을 예시하고 있다. 특히, 해당 공정 흐름은 간섭계 변조기의 어레이의 형성과 관련되지만, 해당 공정 흐름뿐만 아니라 여기에 이용되는 소정의 재료도 또한 다른 유형의 MEMS 장치의 제조에 이용될 수 있다.
도 8a는 블랙마스크 흡수재층(110)이 상부에 형성되어 있는 광투과형 기판(100)을 예시하고 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 광투과형 기판(100)은 투명하거나 실질적으로 투명할 수 있고, 유리 혹은 폴리머 등의 재료로 이루어질 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 소정의 간극을 제공하도록 광 투과층에 의해 떨어져서 이간되어 있는 2개의 흡수재층을 포함하는 고정 간섭계 구조체(fixed interferometric structure)가 간섭계 블랙 마스크(interferometric black mask)로서 이용될 수 있고, 이것은 상기 간섭계 블랙 마스크에 입사하는 광의 간섭계 변조로 인해 어둡게 나타난다. 블랙 마스크로서 지칭되고 있지만, 해당 블랙 마스크는 흑색을 나타낼 필요는 없고, 관찰자를 향하여 도로 반사된 광의 강도가 저감되는 한, 회색 등과 같은 소정의 다른 색을 나타낼 수도 있다. 이러한 실시형태에 있어서, 블랙마스크 흡수재층(110)은 입사광이 부분적으로 투과하는 재료 및 두께로 형성되므로, 소정의 입사광이 반사되고, 소정의 입사광은 이를 통해 밑에 있는 층으로 투과된다. 일 실시형태에 있어서, 블랙마스크 흡수재층(110)은, 기타 적절한 재료 및 두께가 이용될 수 있지만, 약 70 내지 75Å의 두께를 지닌 MoCr 합금의 층을 포함한다. 예를 들어, 이하에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 소정의 실시형태에 있어서, 블랙마스크 흡수재층은 적절한 두께의 몰리브덴을 포함할 수 있고, 크롬만을 포함하는 층이 사용될 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 블랙마스크 흡수재층(110)의 두께와 재료는 가시광에 대한 흡수재층의 반사율이 28.5% 내지 34.5%로 되도록 선택된다. 일 실시형태에 있어서, 블랙마스크 흡수재층(110)은, 기타 적절한 방법도 이용될 수 있지만, 기판 상에 스퍼터링 증착된다.
특정 실시형태에 있어서, MoCr층은 약 2 원자%의 크롬을 포함할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, MoCr층은 약 2 내지 3 원자%의 크롬을 포함할 수 있다. 몰리브덴층 내의 크롬의 내포는 해당 층의 반사율을 증가시킬 수 있다. 보다 높은 수준의 크롬은 해당 층의 패턴화의 곤란성을 증가시킬 수 있고, 높은 수준의 크롬은 또한 소정의 장치에 있어서 크롬의 양을 제한하는 규제에 의해 금지될 수도 있다. 다른 실시형태에 있어서, 흡수재층으로서의 MoCr의 사용은, 종래의 LCD 혹은 OLED 제조설비 등과 같은 TFT 제조설비, 혹은 평판형 디스플레이 제조설비에 있어서 이들 재료의 제조를 용이하게 할 수 있고, 또한 MoCr은 이러한 제조설비에서 게이트 재료로서 통상 이용되고 있다.
도 8b에 있어서, 블랙마스크 흡수재층(110)은 패턴화되고 에칭되어 블랙마스크 흡수재(112)를 형성하고, 해당 블랙마스크 흡수재(112) 위에 블랙마스크 유전체층(120)이 증착되어 있다. 도면에서는 평면으로 도시되어 있지만, 재료 및 증착 공정에 따라서는, 이것 및 그 후에 증착된 층들은 밑에 있는 층 위에 그 형태가 일치하여 증착될 수 있어, 평탄한 상부면을 구비하지 않을 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예시된 실시형태에 있어서, 블랙마스크 흡수재층(110)은 도전성 재료로 형성될 수 있고, 소정의 실시형태에 있어서, 블랙마스크 유전체층(120)은 실질적으로 패턴화되지 않은 채 남을 수 있거나 혹은 블랙 마스크 유전체층(120)가 패턴화되어, 블랙마스크 흡수재(112) 위에 있지 않은 블랙마스크 유전체층(120)의 부분을 제거할 수도 있다. 블랙마스크 유전체층(120)이 간섭계 블랙 마스크에 있어서 2개의 흡수재층 사이에 스페이서 혹은 광학적 공동부로서 역할하는 소정의 실시형태에 있어서, 블랙마스크 유전체층(120)은 대략 800Å의 두께를 지니는 SiO2로 이루어질 수 있고, 또한 대략 1.46의 굴절률을 지닐 수 있지만, 기타 적절한 재료도 이용될 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 층(120)은 760 내지 840Å의 두께를 지닐 수 있지만, 그보다 두껍거나 얇은 층들도 이용될 수 있다. 따라서, 유전체층(120)이 간섭계 블랙 마스크의 광로를 규정하므로, 원하는 "색"을 위한 두께는 선택된 재료의 굴절률에 좌우되는 것임을 이해할 수 있을 것이다. 블랙마스크 유전체층(120)은 화학적 기상 증착을 통해 증착될 수 있지만, 기타 다른 적절한 방법도 이용될 수 있다. 블랙마스크 유전체층(120)의 두께는 위에 있는 층의 형태적으로 일치하는 증착을 용이하게 하도록 선택될 수 있어, 밑에 있는 블랙마스크 흡수재층(112)에서의 어떠한 날카로운 에지도 평활화할 수 있다.
도 8c에 있어서, 블랙마스크 유전체층(120) 위에 광 흡수재(130)가 증착되어 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 광 흡수재는 블랙마스크 흡수재(112)와 동일한 재료로 형성될 수 있고, 따라서, 동종의 장비를 이용해서 증착될 수 있다. 이와 같이 해서, 소정의 실시형태에 있어서, 광 흡수재(130)는 MoCr의 층을 포함할 수 있고, 70 내지 75Å의 두께를 지닐 수 있다. MoCr 광 흡수재(130)는 전도성이므로, 전극으로서 역할하는 별도의 전도성 층의 증착은 필요하지 않을 수 있지만, 다른 실시형태에 있어서는, 인듐-주석-산화물 등과 같은 별도의 투명한 전도성 층이 광 흡수재(130) 위에 혹은 밑에 증착될 수도 있다.
소정의 실시형태에 있어서, 40개 이하의 화소가 뻗어 있는 행 혹은 열을 지닌 간섭계 변조기의 어레이(예를 들어, 광 흡수재(130)에 의해 형성된 전도성 층이 40개 이하의 화소를 연장하고 있는 것) 등과 같은 MEMS 장치의 소형 어레이에 대해서, 별도의 투명한 전도성 층의 증착은 신호 도통 혹은 부싱을 위해 필요할 수 있지만, 이용되는 화소의 크기와 재료에 따라서는, 상이한 크기와 형상의 MEMS 어레이가 별도의 도체층 없이 형성될 수 있다. 이와 같이 해서, ITO 혹은 다른 투명 도체는 예시된 실시형태로부터 생략된다. 광 흡수재(130)는 하부 혹은 행방향 전극에서 유일한 혹은 제1의 도체로서 역할할 수 있으므로, 광 흡수재(130)의 조성은 광학적 특성뿐만 아니라 그의 전도 특성을 위해서 선택될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 약 2 원자%의 크롬을 포함하는 MoCr층은 광 흡수재(130)로서 이용될 수 있고, 적절한 전도성을 지닌 층을 제공할 수 있다. 추가의 크롬의 내포는 전도성을 증가시킬 수 있지만, 행방향 전극을 패턴화하기 위한 복잡한 에칭 등과 같이 바람직하지 않은 집적 효과를 지니는 것으로 판명되었다. 이어서, 후속의 패턴화 단계는, 어레이에 대한 행방향 전극을 규정하도록 스트립 전극의 형성 등과 같이, 광 흡수재(130)를 패턴화하여 원하는 패턴(도시 생략)을 형성하도록 수행될 수 있다. 광 흡수재(즉, 광학적 보상층)(130)에 인접하여 어떠한 투명한 전도성 층도 증착되지 않은 경우, 해당 광학적 보상층은 이러한 스트립 전극의 적어도 일부에 제1의 혹은 유일한 도체로서 역할할 수 있다.
광 흡수재(130)는 어레이의 상이한 부분에서 2개의 광학적 기능을 제공할 수 있다. 광 흡수재(130)가 블랙 마스크 흡수재(130) 위에 놓여 있는 블랙마스크 영역(114)에 있어서, 광 흡수재와 블랙마스크 흡수재는, 전술한 바와 같이, 협동하여 간섭계 블랙 마스크를 형성한다. 고정된 요소는, 특정 치수와 재료가 부여되면, 대량의 입사광을 흡수할 것이고, 이는 블랙 마스크로서 기능하여, 위에 있는 구조체가 광을 반사하는 것을 방지할 것이다. 블랙마스크 영역(114)은 MEMS 어레이의 상태에 관계없이 특정 색이나 광을 반사(혹은 광을 흡수)하므로, 이들 영역은 광학적으로 비활성이라고 지칭될 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 다량의 광이 흡수되지만, 반사되는 광의 양은 흡수재층의 두께와 불투명도를 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 반사된 광량의 변동은 이러한 어레이를 내장하는 표시장치의 콘트라스트비에 영향을 줄 수 있다.
블랙마스크 영역(114)로부터 떨어져서 위치된 곳 등과 같은 광학적 활성 영역에 있어서, 광 흡수재(130)는, 예를 들어, 도 1의 광학적 적층부(16) 내의 부분 분사층 등과 같은, 간섭계 변조기 내의 부분 분사층으로서 역할할 수 있다. 이와 같이 해서, 광 흡수재(130)는 하나 이상의 각종 색을 반사할 수 있는 간섭계 변조기 내의 부분적으로 반사성인 동시에 부분적으로 투명한 층으로서 역할한다. Mo의 내포는 또한 MoCr 등과 같이 Mo를 포함하는 광 흡수재로서 소정의 색에 대해서 보다 양호한 색 성능을 제공할 수 있고, 또한 Cr 광 흡수재를 지닌 간섭계 변조기보다 양호한 적색을 제공할 수 있다.
도 8d에 있어서, 버싱 층은 광 흡수재(130) 위에 증착되고 패턴화되어 버싱 구조체(140)를 형성한다. 버싱 구조체는 광 흡수재(130) 혹은 다른 전도성 층보다 양호한 전도성을 제공하는 재료 혹은 두께를 포함할 수 있다. 도 8d에 도시된 특정 실시형태에 있어서, 버싱 구조체는 하부 서브층(142)과 상부 서브층(144)을 포함한다. 또한, 버싱 층은 어레이의 외부로 뻗을 수 있고, 어레이 내의 성분과 외부 성분, 예컨대, 접촉 패드 혹은 드라이버 회로 간의 통전을 허용할 수 있다.
소정의 실시형태에 있어서, 하부 서브층(142)은 Al을 포함하고, 상부 서브층(144)은 Ni를 포함하며, 특정 실시형태에 있어서, 하부 서브층(142)은 Al-Nd 합금을 포함하고, 상부 서브층(144)은 Ni-B 합금을 포함한다. 이하에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, Al-Nd 합금은 대략 2%의 네오디뮴을 포함할 수 있고, Ni-B 합금은 대략 0.1% 내지 0.5%의 붕소를 포함할 수 있다. 이들 특정 합금은 또한 MEMS 장치에서 다른 층에도 이용될 수 있다.
도 8d에 도시된 바와 같이, 버싱 구조체(140)는 블랙마스크 흡수재(112)에 의해 규정된 블랙마스크 영역(114)의 일부 위에 놓일 수 있다. 블랙마스크 영역(114)은 위에 있는 층들로부터의 광학적 간섭을 최소하하므로, Al 등의 반사성 재료가 바람직하지 않은 광학적 효과를 일으키는 일없이 버싱 구조체(140)에 이용될 수 있다. 이와 같이 해서, 소정의 실시형태에 있어서, 버싱 구조체는 어레이 내의 블랙마스크 영역(114) 등과 같은, 표시장치의 광학적 비활성 영역 내의 도체로서, 또는 어레이 외부의 라우팅 영역에서의 상호접속부로서 역할할 수 있고, 전도성 광 흡수재(130)는 표시장치의 소정의 광학적 활성 영역에서 스트립 전극 내의 제1의 혹은 유일한 도체로서 역할할 수 있다. 광학적 비활성 영역에서의 버싱 구조체(140)의 사용은 광학적 활성 영역에서의 하부의 전도성에 대해 보상할 수 있으므로, ITO 등의 투명한 전도성 층은 필요하지 않게 된다.
도 8e에 있어서, 광학적 유전체층(150)이 버싱 구조체(140) 위에 증착되고 나서, 에칭 장벽층(152)과 희생층(160)이 증착된다. 소정의 실시형태에 있어서, 광학적 유전체층(150)은 블랙마스크 유전체층(120)과 동일한 재료를 포함할 수 있다. 특정 실시형태에 있어서, 광학적 유전체층(150)은 SiO2 층을 포함하며, 이것은 화학적 기상 증착을 통해 증착될 수 있고 또한 330 내지 440Å의 두께를 지닐 수 있지만, 기타 다른 적절한 재료, 두께 및 증착 수법이 이용될 수도 있다. 광학적 유전체층의 두께 및 재료(굴절률)는 붕괴된 상태(도 1 참조)에 있을 때 완성된 간섭계 변조기에 의해 반사된 간섭계 색을 규정하도록 선택된다. 에칭 장벽층(152)은 사용될 특정 에칭액 및 인접한 층, 예컨대 희생층(160)의 조성에 따라 다양한 재료를 포함할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 에칭 장벽층은 XeF2 에칭액에 대해 내성이 있을 수 있지만, 제조 공정에서 나중에 이용될 이형제 혹은 다른 에칭 화학에 따라 다른 재료도 이용될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 에칭 장벽층은 대략 80Å의 두께를 지닌 AlxOy 층을 포함하여, 광학적 유전체층(150) 상에 스퍼터링 증착될 수 있지만, 다른 두께 및 재료도 이용될 수 있다.
희생층(160)의 높이는 해당 희생층이 제거될 경우 형성되는 간섭계 공동부(interferometric cavity)의 크기에 영향을 미칠 수 있고, 이것은 또한, 도 1의 이동식 반사층(14a) 등과 같은, 이동식 반사층이 이완 혹은 비작동 위치에 있을 때 간섭계 변조기에 의해 반사되는 색에 영향을 미친다. 도 8e는 실질적으로 일정한 높이를 지닌 희생층(160)을 도시하고 있다. 다른 실시형태에 있어서, 희생층(160)은 다양한 높이를 지닐 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 희생층(160)은 이완된 위치에서 상이한 간섭계 색을 반사할 별개의 화소에 대응하는 영역에서 상이한 높이를 지닐 수 있다. 이러한 희생층은, 예를 들어, 반복되는 증착과 패턴화 공정을 통해 형성될 수 있다. 이동식 반사층이 비작동 위치에 있을 때 녹색을 띤 황색 광을 반사하는 단색 어레이의 특정 실시형태에 있어서, 희생층(160)은 에칭 장벽층(152) 위에 스퍼터링 증착된 몰리브덴의 층을 포함할 수 있고, 그 두께는 약 1715 내지 1855Å을 지닌다. 그러나, 상이한 색의 단색 어레이를 얻기 위하여 상이한 두께를 이용할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 8f에 있어서는, 희생층(160)이 패턴화되어 해당 희생층(160)을 통해 뻗어 있는 개구부(162)를 형성하고, 이어서 해당 희생층(160) 위에 지지 기둥 재료의 층(170)이 증착된 것을 알 수 있다. 예시된 실시형태에 있어서, 이들 개구부(162)는 희생층(160)을 통해서 밑에 있는 층, 이 경우에는 에칭 장벽층(152)까지 뻗어 있는 테이퍼형상의 개구부의 형태를 취한다. 도시된 바와 같이, 테이퍼 형상의 개구부는 그 형태가 일치하는 지지 기둥층(170)의 증착을 용이하게 할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 지지 기둥 재료는 화학적 기상 증착을 통해 증착된 약 4360 내지 4520Å의 두께를 지닌 SiO2 층을 포함하지만, 다른 재료, 두께 및 증착 공법을 이용할 수도 있다. 특히, 지지 기둥층(170)의 두께는 해당 층을 형성하는 데 이용되는 재료뿐만 아니라 얻어지는 지지 기둥의 원하는 기계적 특성에 좌우될 수 있다.
도 8g에 있어서, 지지 기둥층(170)은 패턴화되고 에칭되어 지지 구조체(172)를 형성하며, 이것은 MEMS 장치의 어레이를 통해서 다양한 형상을 취할 수 있다. 도 8g는 테이퍼 형상의 에지부(176)를 지닌 실질적으로 수평방향으로 뻗은 날개부(174)를 지닌 지지 구조체(172)를 도시하고 있다. 상기 수평방향으로 뻗은 날개부(174)는, 해당 날개부(174)의 크기를 변화시킴으로써, 위에 있는 층들(예를 들어, 후술하는 기계적 층(mechanical layer) 및 미러층)의 높이와 거동을 제어하는 데 이용될 수 있다. 테이퍼 형상의 에지부(176)는 위에 있는 층들의 형태가 일치하면서 연속적인 증착을 용이하게 한다.
또한, 도 8g에 대해서 설명된 단계들에 이어서, 변형가능한 반사층(180)의 증착 전에 희생층(160)의 노출된 부분을 처리하는 처리 단계(이하의 도 8h 참조)가 수행될 수 있다. 희생층의 처리, 예를 들어, 텍스처 표면(textured surface)의 형성 및/또는 표면 에너지의 변형으로 인해, 희생층(160)이 나중에 제거될 때 텍스처 표면 및/또는 변형된 표면 에너지를 지닌 변형가능한 반사층(180)으로 된다. 예를 들어 하부의 텍스처 표면을 지닌 변형가능한 반사층(180)의 형성은 해당 변형가능한 반사층(180)과 밑에 있는 층 간의 정지 마찰의 개시를 방지하거나 지연시킬 수 있다.
특정 실시형태에 있어서, 희생층(160)은 N2O 플라즈마 처리 공법에 의해 처리될 수 있다. 기둥층(170)을 패턴화하여 지지 구조체(172)를 형성함으로써, 해당 기둥으로부터 떨어져서 위치된 희생층(160)의 부분을 노출시킨 후, N2O를 포함하는 플라즈마 환경이 형성될 수 있고, 일부 제작된 어레이가 소정 시간 N2O 플라즈마 환경에 노출된다. 소정의 실시형태에 있어서, 노출은 30초 내지 5분의 기간 동안 행해질 수 있지만, 다른 실시형태에서는 보다 길거나 짧은 노출시간이 이용될 수 있다. 기둥 구조체가 건식 에칭실 내에서 형성되는 소정의 실시형태에 있어서, 플라즈마 환경은 동일한 건식 에칭실 안쪽에서 형성될 수 있다. 이 처리는 다른 실시형태에서는 기둥 형성 전, 예컨대, 개구부(162)를 형성하기 위한 희생층(160)의 초기 패턴화 전에 수행될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 8h에서는, 상기 지지 구조체(172) 위에 변형가능한 반사층(180)이 형성된다. 해당 변형가능한 반사층(180)은 반사성 서브층(182)과 해당 반사성 서브층(182) 위에 형성된 기계적 서브층(mechanical sublayer)(184)을 포함한다. 일반적으로, 반사성 서브층(182)은 주로 그의 광학적 특성을 위해 선택된 재료를 포함할 수 있고, 기계적 서브층은 주로 그의 기계적 특성을 위해 선택된 재료를 포함할 수 있다.
소정의 실시형태에 있어서, 반사성 서브층은 알루미늄을 포함할 수 있고, 기계적 서브층은 니켈을 포함할 수 있다. 반사층 중의 네오디뮴의 존재는 알루미늄층 상에 청색 반점의 형태로 변색을 초래할 수 있고, 이것은 바람직하지 않은 광학적 효과를 유발할 수 있다. 반사층 중의 대략 2 원자%의 네오디뮴의 존재는 알루미늄 이동을 억제하는 데 충분하지만, 부가적인 네오디뮴의 내포는 반사성 서브층의 반사율을 저감시켜, 반사성 서브층의 저항을 상당히 증가시킬 수 있다. 따라서, 반사성 서브층 중의 Nd는 알루미늄 막의 2.5 원자% 이하, 특히 약 0.5 원자% 내지 2.5 원자%로 되도록 선택될 수 있다.
특정 실시형태에서, 반사성 서브층은 Al-Nd 합금을 포함할 수 있고, 특정 실시형태에서는 대략 2 원자%의 네오디뮴을 포함하는 스퍼터링 증착된 Al-Nd 합금을 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 반사성 서브층은 약 300 내지 400Å의 두께를 지닐 수 있다. 특정 실시형태에서, 기계적 서브층은 Ni-B 합금을 포함할 수 있고, 구체적인 실시형태에서는 대략 0.1 내지 0.5 원자%의 붕소를 포함하고 약 750 내지 850Å의 두께를 지닌 스퍼터링 증착된 Ni-B 합금을 포함할 수 있다. 기계적 층 중의 붕소의 내포는 기계적 층의 강성도(stiffness)를 증가시킨다. 광학적 층의 강성도의 증가는 기계적 층의 복원력의 저감을 지연시키거나 방지하는 데 도움을 줄 수 있고, 이러한 저감은 예상된 전압에서의 화소의 해방의 실패를 초래할 수 있었다. 또한, 보다 강성의 기계적 층은 어레이를 통하여 보다 적은 지지 구조체를 필요로 할 수 있으므로, 대다수의 어레이는 광학적으로 활성으로 될 수 있고 블랙 마스크에 의해 마스킹(은폐)되지 않을 수 있다. 버싱 구조체(140)를 포함하는 실시형태에서, 기둥의 저감으로 인한 활성 영역의 증가는 버싱 구조체의 마스킹으로 인한 활성 영역의 손실을 상쇄시킬 수 있다. 비교적 소량, 대략 0.5 원자%의 붕소의 사용은 광학적 유전체층 및 흡수재층을 포함하는 인접하는 층 속으로의 상당한 붕소의 확산을 회피하며, 이러한 확산은 바람직하지 않은 전기적 효과를 초래할 수 있다.
Ni-B 합금이 버싱 구조체(140) 혹은 변형가능한 반사층(180) 내에 있어서 등과 같이, Al-Nd 합금 위에 증착되어 있는 실시형태에 있어서, Ni-B 층의 증착이 해당 두 층 간의 금속간 합금의 형성을 초래할 수 있어, 바람직하지 않은 전기적 특성을 지닐 수 있게 된다. 이 금속간 합금의 형성은 또한 모든 Al-함유층과 모든 Ni-함유층 사이에서 일어날 수 있다. 이 금속간 합금의 형성을 회피하거나 최소화하기 위하여, 밑에 있는 층(Al-Nd층의 경우)의 증착과 위에 있는 층(Ni-B층의 경우)의 증착 사이에 진공 파괴가 이용될 수 있다. 최근 증착된 Al-Nd층의 클린룸 에어에의 노출은 Al-Nd층의 표면 상에 고유의 AlxOy층의 형성을 촉진하며, 이것은 위에 있는 Ni-B층의 증착 시 금속간 합금의 형성을 억제할 수 있고 또한 금속간 합금보다 더욱 바람직한 전기적 특성을 지닐 수 있게 된다.
최종적으로, 도 8i에서는, 변형가능한 반사층(180)이 패턴화되어 원하는 구조체를 형성하는 것과, 이형 에칭이 수행되어 희생층(160)을 제거함으로써, 변형가능한 반사층(180)과 밑에 있는 층 사이에 공동부(164)를 형성하는 것을 볼 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 에칭 구멍(186)은 반사성의 변형가능한 반사층(180) 내에 형성되어 희생층(160)의 추가의 부분을 에칭액에 노출시킬 수 있다. 또한, 변형가능한 반사층이 에칭되어, 어레이와 해당 어레이 외부의 접촉 패드 간의 전도성 리드와 열방향 스트립 전극 등의 추가의 특징부(도시 생략)를 형성할 수 있다.
이 이형 에칭 공정 동안 일부의 에칭 장벽층(152)(도 8i에서 부분적으로 제거된 바와 같이 도시됨)이 소비될 수 있지만, 일부는 완성된 장치에 잔류할 수도 있다. 소정의 실시형태에 있어서, XeF2 이형 에칭이 이용되어 AlxOy 에칭 장벽층을 실질적으로 에칭하는 일없이 Mo 희생층을 제거할 수 있다. 도 8i에서 지지 구조체(172) 사이의 영역이 제거된 것처럼 도시되어 있지만, 그 영역에서 에칭 장벽층(152)의 소정 부분이 남을 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 같이 해서 간섭계 변조기(190)가 형성되며, 이때, 변형가능한 반사층(180)은 간섭계 변조기(190)에 의해 반사된 광의 파장을 변화시키기 위하여 밑에 있는 층을 향하여 정전기적으로 작동가능하다.
도 9는 간섭계 변조기의 어레이(200) 밑에서 본 도면을 예시하고 있다. 변형가능한 반사층(180)(도 8i 참조)이 패턴화되어 열방향 전극(210)을 형성하는 것을 볼 수 있다. 공기 간극 아래에 위치된 전도성 층은 패턴화되어, 레일 지지부(271)에 의해 도 9에 선으로 표시된 행방향 전극(215)을 형성하고 있고, 이것에 의해 변형가능한 반사층(180)의 특정 부분의 작동을 허용하고 있다. 특정 화소 내에 있는 행방향 전극들 혹은 기둥부 들 사이에 긴 레일의 형태를 취할 수 있는 지지 구조체는, 어둡게 보이는 블랙 마스크 영역(220)에 의해 마스킹된다. 또한, 에칭 구멍(230)(도 8i의 에칭 구멍(186)과 유사함)은 또한 어두운 반점으로서 어레이를 통해 보일 수 있다. 변형가능한 반사층의 작동 시, 열방향 전극(210)의 일부분이 행방향 전극(215)을 향하여 이동하게 되어, 어레이의 작동된 부분은 어레이를 통해 어둡게 보일 수 있다. 그러나, 어레이가 비작동 위치에서 제1색을 반사하는 것과 작동 위치에서 제2색을 반사하는 것 간에 전환될 수 있도록, 또한 해당 작동 위치는 상이한 치수 혹은 재료가 이용된다면 어두운 상태를 초래할 필요가 없도록, 다른 형태도 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
소정의 실시형태에 있어서, 이하의 표에 기재된 공정 흐름이 MEMS 장치의 제조에 이용될 수 있다:
마스크 공정 재료 사양 증착방법
블랙마스크 흡수재의 증착 MoCr 반사율=28.5%-34.5% 스퍼터링
마스크 1
(블랙마스크)		 블랙마스크 적층부의 패턴화 및 에칭
블랙마스크 유전체의 증착 SiO2 두께=800ű10%
RI=1.46±0.02		 PECVD
광학적 적층부의 증착:
투명 도체의 증착 N/A N/A
광 흡수재의 증착 MoCr 반사율=28.5%-34.5% 스퍼터링
라우팅 재료 N/A N/A
마스크 2
(광학적 적층부/행)		 광학적 적층부를 패턴화 및 에칭하여 행을 형성
유전체 적층부의 적층:
유전체의 증착 SiO2 두께=410ű40Å
RI=1.46±0.02		 PECVD
XeF2 에칭 정지층의 증착 AlOx 80ű5% 스퍼터링
마스크 3
(접촉 차단)		 유전체 적층부를 패턴화화여 접촉 패드 개방
희생층의 증착 Mo 두께=2000ű80Å 스퍼터링
마스크 4
(기낭(sac))		 기낭층 패턴화/에칭
기둥 재료의 증착 SiO2 두께=4400ű100Å PECVD
마스크 5(기둥) 기둥층의 패턴화 및 에칭
기계적 층의 증착
반사층의 증착 Al-Nd T=300ű8% 스퍼터링
기계적 층의 증착 Ni T=1000ű8% 스퍼터링
마스크 6(기계) 기계적 층의 패턴화 및 에칭
표 1의 공정 흐름에 있어서, MoCr 및 SiO2 등의 이용된 재료는 박막 트랜지스터 제조 설비에서 용이하게 이용될 수 있고, 많은 재료가 다수의 층에 이용되어 제조 공정을 간단화하고 있다. 또한, 상기 공정은 추가의 도체를 필요로 하지 않는 표시장치 크기를 제작할 때 이용될 수 있고, 따라서 별도의 투명 도체 혹은 라우팅 재료를 포함하지 않는다. 에칭 정지층으로서의 AlOx(혹은 AlxOy)의 증착은 박막 트랜지스터 제조 설비에서 용이하게 수행될 수 있다. 반사층에 이용되는 Al-Nd 합금은 특히 알루미늄 이동에 대해서 그의 저항을 위해 선택되고, 니켈은 그의 기계적 강도 및 신뢰성을 위해 선택된다.
다른 실시형태에 있어서, 유사한 재료와 두께를 이용한 대안적인 공정 흐름이 이하의 표에 기재되어 있다:
마스크 공정 재료 사양 증착방법
블랙마스크 흡수재의 증착 MoCr 반사율=31.5%±3% 스퍼터링
마스크 1
(블랙마스크)		 블랙마스크 적층부의 패턴화 및 에칭
블랙마스크 유전체의 증착 SiO2 두께=800ű5%
RI=1.46±0.02		 PECVD
광 흡수재의 증착 MoCr 반사율=29%-33% 스퍼터링
마스크 2
(MoCr)		 광 흡수재의 패턴화 및 에칭
라우팅 재료 Al-Nd
Ni-B		 Al=100ű40Å
NiB±40Å
마스크 3
(라우팅/버싱층)		 라우팅/버싱층의 패턴화 및 에칭
유전체 적층부의 적층:
유전체의 증착 SiO2 두께=410ű30Å
RI=1.46±0.02		 PECVD
XeF2 에칭 정지층의 증착 AlOx 80ű5% 스퍼터링
희생층의 증착 Mo 두께=1785ű70Å 스퍼터링
마스크 4
(기낭)		 기낭층의 패턴화/에칭
기둥 재료의 증착 SiO2 두께=4400ű80Å PECVD
마스크 5(기둥) 기둥층의 패턴화 및 에칭
기계적 층의 증착
반사층의 증착 Al-Nd T=300ű50% 스퍼터링
기계적 층의 증착 Ni-B T=800ű50% 스퍼터링
마스크 6(기계) 기계적 층의 패턴화 및 에칭
마스크 7
(패드 마스크)		 투명한 접촉 패드로 패턴화 및 에칭
상기 공정 흐름에 있어서, Ni-B 합금이 라우팅/버싱 층과 기계적 층의 양쪽 모두에 이용되어 공정 흐름을 간단화하고, 투명한 접촉 패드에 대한 패턴화 및 에칭의 최종 단계가 소정의 실시형태에서 이용될 수 있다. 판을 가로지른 버싱 층 및 희생층 등의 층들의 두께의 편차는 소정의 실시형태에 있어서 소정 레벨 이하로 될 수 있다. 예를 들어, 버싱 층의 두께의 편차는 180Å 이하일 수 있고, 전형적으로는 30Å 정도일 수 있다. 유사하게는, 희생층의 두께의 편차는 200Å 이하일 수 있고, 전형적으로는 30Å 정도일 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 전술한 재료 대신에 소정의 재료가 이용될 수 있다. 상기 실시형태에서, MoCr은 블랙마스크 흡수재(112)와 광 흡수재(130)로서 이용되고 있다. 대안적인 실시형태에서, 상기 표 중의 블랙마스크와 광 흡수재는 크롬의 첨가 없이도 원하는 반사율을 얻기 위하여 적절한 두께의 몰리브덴을 포함할 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 블랙마스크와 광 흡수재는 약 60 내지 70Å의 두께를 지닌 몰리브덴을 포함할 수 있지만, 다른 재료와 두께도 이용될 수 있다. 이 실시형태에서, 블랙마스크, 광 흡수재 및 희생층의 총 3가지를 증착하는 데 단일 유형의 증착 도구가 이용될 수 있다.
전술한 실시형태의 각종 조합이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 상기 실시형태에서 층들의 수순 및 이들 층을 형성하는 재료는 단순히 예시에 불과하다는 것도 인식할 수 있을 것이다. 게다가, 몇몇 실시형태에 있어서, 도시하지 않은 기타 층들이 증착되고 처리되어 MEMS 장치의 일부분을 형성하거나 기판 상에 다른 구조체를 형성할 수도 있다. 다른 실시형태에 있어서, 이들 층은, 당업자에게 공지된 바와 같이, 대안적인 증착, 패턴화 및 에칭 재료와 공정들을 이용해서 형성될 수 있거나, 상이한 순서로 증착될 수 있거나, 혹은 상이한 재료로 구성될 수 있다.
특히, 전술한 바와 같이, 각종 층의 높이는 작동 위치에 있을 때 간섭계 변조기에 의해 반사된 광의 파장을 제어하기 위하여 변경될 수 있다. 특히, 희생층의 높이는 해당 희생층이 제거될 경우 얻어지는 공동부의 높이에 영향을 미칠 수 있으므로, 희생층 두께는 간섭계 변조기에 의해 반사된 색을 제어하도록 변경될 수도 있다.
또, 본 명세서에 기재된 소정의 방법의 작용 혹은 성과는, 실시형태에 따라서, 본문에 구체적으로 명확하게 달리 기술되어 있는 것을 제외하고, 다른 수순으로 수행될 수 있거나, 추가되거나 병합되거나 함께 생략될 수 있다(예를 들어, 모든 작용이나 성과가 방법의 실행에 필요한 것은 아니다). 예를 들어, 위에서 언급된 바와 같이, 소정의 실시형태는, 특히 표시장치가 충분히 작을 경우, 전술한 버싱 구조체를 포함하지 않을 수 있다.
이상의 상세한 설명이 다양한 실시예에 적용되는 본 발명의 새로운 특징들을 도시하고, 묘사하고, 지적하고 있지만, 예시된 장치 또는 방법의 형태나 상세한 설명에 있어서 다양한 생략, 대체 및 변화들이 본 발명의 정신으로부터 벗어나는 일 없이 당업자에 의해 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은, 인지할 수 있는 바와 같이, 몇몇 특징부가 다른 것과 별도록 사용되거나 실시될 수 있기 때문에, 본 명세서에 언급된 특징 및 이점의 모두를 제공하지 않는 형태 내로 구현될 수도 있다.
12a, 12b, 190: 간섭계 변조기 18: 기둥부 혹은 지지부
34: 변형가능한 층 110: 블랙마스크 흡수재층
112: 블랙마스크 흡수재 114: 블랙마스크 영역
120: 블랙마스크 유전체층 130: 광 흡수재
140: 버싱 구조체 160: 희생층
164: 공동부 172: 지지 구조체
180: 변형가능한 반사층 182: 반사성 서브층
184: 기계적 서브층

Claims (36)

  1. 기판 위에 형성되고 패턴화되어 스트립 전극(strip electrode)을 형성하며, 마이크로전자기계 시스템(MEMS: microelectromechanical systems) 장치의 광학적 활성 영역 내에서 상기 스트립 전극 내의 제1의 도체(primary conductor)로서 역할하는 전도성 광 흡수재(conductive optical absorber);
    상기 광 흡수재 위에 형성된 적어도 하나의 지지 구조체; 및
    상기 전도성 광 흡수재로부터 멀리 이간되어 상기 적어도 하나의 지지 구조체 위에 형성되어 있는 전도성의 변형가능한 층(conductive deformable layer)을 포함하되,
    상기 변형가능한 층은 상기 광 흡수재를 향하여 정전기적으로 편향가능한 것인 광학적 MEMS 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광 흡수재는 약 2 원자%의 크롬을 포함하는 몰리브덴-크롬 합금을 포함하는 것인 광학적 MEMS 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광 흡수재는 약 70 내지 75Å의 두께를 지니는 것인 광학적 MEMS 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광 흡수재는 입사 가시광의 약 28.5% 내지 34.5%를 반사하는 것인 광학적 MEMS 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광 흡수재의 적어도 일부 밑에 블랙마스크 흡수재층을 추가로 포함하고, 해당 블랙마스크 흡수재는 상기 광 흡수재와 동일한 재료를 포함하는 것인 광학적 MEMS 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 MEMS 장치는 상기 변형가능한 층과 상기 광 흡수재 사이에 희생층을 포함하고, 해당 희생층은 상기 광 흡수재 및 블랙마스크 흡수재와 동일한 재료를 포함하는 것인 광학적 MEMS 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 희생층, 광 흡수재 및 블랙마스크 흡수재는 각각 몰리브덴층을 포함하는 것인 광학적 MEMS 장치.
  8. 제5항에 있어서, 적어도 상기 블랙마스크 흡수재와 광 흡수재는 입사광의 일부를 흡수하는 간섭계 블랙 마스크(interferometric black mask)를 형성하는 것인 광학적 MEMS 장치.
  9. 제5항에 있어서, 상기 블랙마스크 흡수재는 표시장치의 광학적 비활성 영역 내에 위치되는 것인 광학적 MEMS 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 블랙마스크 흡수재층의 적어도 일부는 상기 적어도 하나의 지지 구조체의 일부의 아래에 위치하는 것인 광학적 MEMS 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 변형가능한 층은 상기 광 흡수재와 대면하는 반사성 서브층과, 해당 반사성 서브층 위에 놓인 기계적 서브층(mechanical sublayer)을 포함하며, 상기 반사성 서브층은 알루미늄을 포함하고, 상기 기계적 서브층은 니켈을 포함하는 것인 광학적 MEMS 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 반사성 서브층은 알루미늄-네오디뮴 합금을 포함하는 것인 광학적 MEMS 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 알루미늄-네오디뮴 합금은 약 2 원자%의 네오디뮴을 포함하는 것인 광학적 MEMS 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 기계적 서브층은 니켈-붕소 합금을 포함하는 것인 광학적 MEMS 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 니켈-붕소 합금은 약 0.5 원자%의 붕소를 포함하는 것인 광학적 MEMS 장치.
  16. 제11항에 있어서, 상기 광 흡수재층과 통전되는 전도성 버싱 구조체(consductive bussing structure)를 추가로 포함하는 것인 광학적 MEMS 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 버싱 구조체는 제1서브층 및 제2서브층을 포함하고, 상기 제1서브층은 상기 변형가능한 층의 반사성 서브층과 동일한 재료를 포함하고, 상기 제2서브층은 상기 변형가능한 층의 기계적 서브층과 동일한 재료를 포함하는 것인 광학적 MEMS 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 광 흡수재의 적어도 일부 위에 위치된 광학적 유전체층을 추가로 포함하고, 상기 광 흡수재는 표시장치의 광학적 활성 영역 내에서 상기 광학적 유전체층과 기판 사이에 위치된 제1의 전도성 재료를 포함하는 것인 광학적 MEMS 장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 MEMS 장치는 표시장치의 광학적 활성 영역 내에 인듐 주석 산화물(indium tin oxide: ITO)을 포함하지 않는 것인 광학적 MEMS 장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 MEMS 장치는 간섭계 변조기(interferometric modulator)로서 기능하는 것인 광학적 MEMS 장치.
  21. 기판 위에 전도성 광 흡수재를 형성하는 단계;
    상기 전도성 광 흡수재를 패턴화하여 스트립 전극을 형성하는 단계로서, 상기 광 흡수재는 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 장치의 광학적 활성 영역 내에서 상기 스트립 전극 내의 제1의 도체로서 역할하는, 스트립 전극의 형성단계;
    상기 광 흡수재 위에 희생층을 형성하는 단계;
    상기 광 흡수재 위에 적어도 하나의 지지 구조체를 형성하는 단계;
    상기 희생층과 상기 적어도 하나의 지지 구조체 위에 전도성의 변형가능한 층을 형성하는 단계; 및
    이형 에칭(release etch)을 수행하여 상기 희생층을 제거해서, 상기 변형가능한 층과 상기 광 흡수재 사이에 공동부(cavity)를 형성하는 단계를 포함하는, 광학적 MEMS 장치의 제조방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 광 흡수재는 약 2 원자%의 크롬을 포함하는 몰리브덴-크롬 합금을 포함하는 것인, 광학적 MEMS 장치의 제조방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 광 흡수재는 약 70 내지 75Å의 두께를 지니는 것인, 광학적 MEMS 장치의 제조방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 광 흡수재는 입사 가시광의 약 28.5% 내지 34.5%를 반사하는 것인, 광학적 MEMS 장치의 제조방법.
  25. 제21항에 있어서, 상기 광 흡수재를 증착(deposition)시키기 전에 블랙마스크 흡수재층을 형성하는 단계를 추가로 포함하고, 해당 블랙마스크 흡수재는 상기 광 흡수재와 동일한 재료를 포함하는 것인, 광학적 MEMS 장치의 제조방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 블랙마스크 흡수재층을 패턴화하여 상기 MEMS 장치의 광학적 활성 영역 내의 상기 블랙마스크 흡수재층을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것인, 광학적 MEMS 장치의 제조방법.
  27. 제25항에 있어서, 상기 희생층은 상기 광 흡수재 및 블랙마스크 흡수재와 동일한 재료를 포함하는 것인 광학적 MEMS 장치의 제조방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 희생층, 상기 광 흡수재 및 상기 블랙마스크 흡수재는 각각 몰리브덴층을 포함하는 것인, 광학적 MEMS 장치의 제조방법.
  29. 제21항에 있어서, 상기 변형가능한 층을 형성하기 전에 N2O를 포함하는 플라즈마 환경에 상기 희생층을 노출시키는 단계를 추가로 포함하는 것인, 광학적 MEMS 장치의 제조방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 N2O를 포함하는 플라즈마 환경에 상기 희생층을 노출시키는 단계는 상기 적어도 하나의 지지 구조체를 형성한 후에 수행되는 것인, 광학적 MEMS 장치의 제조방법.
  31. 제21항에 있어서, 상기 광 흡수재와 통전되는 버싱 구조체를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 광학적 MEMS 장치의 제조방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 버싱 구조체를 형성하는 단계는
    제1버싱 서브층을 형성하는 단계;
    상기 제1버싱 서브층을 소정 시간 동안 진공에 노출시키는 단계; 및
    상기 제1버싱 서브층을 진공에 노출시킨 후 해당 제1버싱 서브층 위에 제2버싱 서브층을 형성하는 단계를 포함하는 것인, 광학적 MEMS 장치의 제조방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 제1버싱 서브층은 약 2 원자%의 네오디뮴을 포함하는 알루미늄-네오디뮴 합금을 포함하고, 상기 제2버싱 서브층은 약 0.5 원자%의 붕소를 포함하는 니켈-붕소 합금을 포함하는 것인, 광학적 MEMS 장치의 제조방법.
  34. 제21항에 있어서, 상기 변형가능한 층을 형성하는 단계는
    상기 희생층 위에 알루미늄을 포함하는 반사성 서브층을 형성하는 단계; 및
    상기 반사성 서브층 위에 니켈을 포함하는 기계적 서브층을 형성하는 단계를 포함하는 것인, 광학적 MEMS 장치의 제조방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 반사성 서브층은 약 2%의 네오디뮴을 포함하는 알루미늄-네오디뮴 합금을 포함하는 것인, 광학적 MEMS 장치의 제조방법.
  36. 제34항에 있어서, 상기 기계적 서브층은 약 0.5%의 붕소를 포함하는 니켈-붕소 합금을 포함하는 것인, 광학적 MEMS 장치의 제조방법.
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