KR970006686B1 - 광로조절장치 - Google Patents
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Abstract
내용없음.
Description
제1도는 종래의 광로조절장치의 단면도.
제2도는 제1도의 광로조절장치의 동작을 설명하는 개략도.
제3도는 본 발명의 실시예에 따른 광로조절장치의 단면도.
제4도는 제3도의 광로조절장치의 동작을 설명하는 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
30 : 광로조절장치 31 : 구동기판
32 : 접속단자 33 : 액츄에이터
35 : 제1지지부 37 : 탄성부
39 : 플러그 41 : 신호 전극
43 : 변형부 45 : 바이어스 전극
47 : 거울 49 : 제2지지부
51 : 거울몸체 53 : 거울면
본 발명은 투사형 화상표시장치에 이용되는 광로조절장치에 관한 것으로서, 특히, 변형부가 박막의 세라믹으로 이루어진 광로조절장치에 관한 것이다.
화상표시장치는 표시방식에 따라 직시형 화상표시장치와 투사형 화상표시장치로 구분된다. 직시형 화상표시장치는 CRT(Cathode Ray Tube)등이 있는데, 이러한 CRT 화상표시장치는 화질이 좋으나 화면이 커짐에 따라 중량 및 두께의 증가와, 가격이 비싸지는 문제점이 있어 대화면을 구현하는데 한계가 있다. 투사형 화상표시장치는 대화면 액정 표시장치(Liquid Crystal Display : 이하 LCD라 칭함)등이 있는데, 이러한 대화면 LCD는 박형화가 가능하여 중량을 작게 할 수 있다. 그러나, 이러한 LCD는 편광판에 의한 광의 손실이 크고, LCD를 구동하기 위한 박막 트랜지스터가 화소마다 형성되어 있어 개구율(광의 투과면적)을 높이는데 한계가 있으므로 광의 효율이 매우 낮다.
이러한, LCD의 단점을 보완하고자 미합중국 Aura사에서 액츄에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Arrays : 이하 AMA라 칭함)를 이용한 투사형 화상표시장치가 개발되었다.
AMA를 이용한 투사형 화상표시장치는 광원에서 발광된 백색광을 적색, 녹색 및 청색의 광속(light beam) 등으로 분리한 후, 이 광속들을 액츄에이터들의 변형에 의해 기울어지는 반사경들에 각각 반사시켜 광로(light path)들을 조절하고, 이 광속들의 광량을 조절하여 화면으로 투사시키므로서 화상을 나타낸다.
AMA는 구동방식에 따라 액츄에이터가 M×1개인 1차원 AMA와 M×N개인 2차원 AMA로 구분된다. 상기에서 액츄에이터는 압전물질이나 전왜물질로 이루어지는 변형부와 전극들을 포함하며 전계발생시 변형되어 상부에 있는 거울을 기울어지게 한다.
제1도는 종래의 광로조절장치(10)의 단면도이다.
상기 광로조절장치(10)는 구동기판(11), 액츄에이터(15) 및 거울(29)들을 포함한다.
구동기판(11)은 유리 또는 알루미나(Al2O3) 등의 절연물질이나 실리콘등의 반도체로 이루어지며 M×N개의 트랜지스터들(도시되지 않음)이 매트릭스(matrix) 형태로 내장되어 있으며 표면에 상기 트랜지스터들과 전기적으로 연결된 접속단자(13)들이 형성되어 있다.
액츄에이터(15)는 제1 및 제2변형부들(17),(18), 신호 전극(19), 제1 및 제2바이어스 전극들(21)(23)로 이루어져 구동기판(11)에 실장되어 있다. 제1 및 제2변형부들(17)(18)은 전왜세라믹, 또는, 수직축을 따라 분극(polarization)된 압전세라믹으로 30~50㎛ 정도의 두께로 형성되어 있다. 제1 및 제2변형부들(17)(18)은 한 몸체를 이루는 2~5㎛ 정도의 폭과 10~20㎛ 정도의 깊이를 갖는 U자의 홈(27)들에 의해 상부가 분리되어 있으며 인접하는 액츄에이터(도시되지 않음)들의 제2 및 제1변형부들(도시되지 않음)과 연결되어 있다. 또한, 제1 및 제2변형부들(17)(18)은 동일 열(column)상의 액츄에이터(도시되지 않음)의 제1 및 제2변형부들(도시되지 않음)과 길게 연결되어 있다.
상기 제1 및 제2변형부들(17)(18)의 하부표면에 신호 전극(19)과 상부 표면에 제1 및 제2바이어스 전극들(21)(23)이 형성되어 있다. 신호 전극(19)은 구동기판(11)의 접속단자(13)과 접촉되며 인접하는 액츄에이터들의 신호 전극들과 이격되어 트랜지스터들과 접속단자(13)를 통해 외부회로(도시되지 않음)로부터 화상신호가 입력된다.
제1 및 제2바이어스 전극들(21)(23)은 인접하는 액츄에이터들의 제2 및 제1바이어스 전극들과 연결되어 각각 공통의 바이어스 전압이 인가된다. 또한, 제1 및 제2바이어스 전극들(17)(18)은 동일한 한열의 제1 및 제2변형부들의 표면에 형성된 제1 및 제2변형부들(도시되지 않음)과 길게 연결되어 있다.
거울(29)은 상기 홈(27)들에 하부가 끼워진 'T'자형의 구동전달부(28)들의 표면에 형성되어 있다. 구동전달부(28)는 변형 가능한 연질의 에폭시(epoxy) 등으로 이루어져 표면이 평탄하며 인접하는 구동전달부(도시되지 않음)들과 분리되어 있다. 거울(29)은 구동전달부(28)의 표면에 반사특성이 양호한 금속으로 형성되며 상기 구동전달부(28)의 표면에 반사특성이 양호한 금속으로 형성되며 상기 구동전달부(28)의 구동에 의해 경사지게 되어 입사되는 광의 경로를 바꾸어 반사시킨다.
제2도는 제1도에 도시된 광로조절장치(10)의 동작을 설명하는 개략도이다.
제1 및 제2변형부들(17)(18)이 전왜세라믹으로 형성되어 있다면 제1 및 제2바이어스 전극들(21)(23)은 각기 위상이 반대이고 세기가 동일한 소정의 바이어스 전압이 인가된다. 그러므로, 상기에서 언급된 트랜지스터 및 접속단자(13)를 통해 외부회로로부터 소정세기로 화상신호가 입력되면 제1 및 제2변형부들(17)(18)은 화상신호와 각각의 바이어스 전압의 차에 비례하여 수직방향으로 팽창하게 된다. 화상신호는 '－' 전위의 바이어스 전압과 같거나 크고, '＋'전위의 바이어스 전압보다 작거나 같은데, OV의 화상신호가 입력되면 제1 및 제2변형부들(17)(18)은 전위차가 동일하여 팽창되는 정도가 동일하므로 거울(29)이 경사지지 않는다. 그러나, 화상신호가 OV 이외의 전위로 입력되면 제1 및 제2변형부들(17)(18)이 전위차가 다르게 되어 팽창되는 정도가 다르므로 거울(29)들이 경사지게 된다.
상기에서 제1 및 제2변형부들(17)(18)의 전 표면상에 제1 및 제2바이어스 전극들(21)(23)이 형성되어 있으므로 신호 전극(19)에 화상신호가 인가되면 제1 및 제2바이어스 전극들(21)(23)과 신호 전극(19)의 사이에 전계가 각각 균일하게 발생된다. 그러므로, 제1 및 제2변형부들(17)(18)은 표면들이 경사지지 않고 평탄하게 수직방향으로 팽창된다. 따라서, 제2바이어스 전극(23)에 인가되는 바이어스 전압과 동일한 전위를 갖는 화상신호가 상기 신호 전극(19)에 입력되면 제1변형부(15)는 전위차에 의해 소정높이(δ1)만큼 팽창된다.
그러므로, 상기 거울(29)은 제1변형부(17)쪽은 위로, 제2변형부(18)쪽은 아래로 이동하여 제2변형부(19)쪽으로 각도(θ1)만큼 경사지게 된다. 또한, 신호 전극(19)에 제1바이어스 전극(21)에 인가되는 바이어스전압과 동일한 전위를 갖는 화상신호가 입력되면 거울(29)은 제1변형부(17)쪽으로 각(θ1)만큼 경사지게 되는데, 상기 경사각(θ1)은
이 된다. 상기에서 x는 절연층(25) 사이의 폭이다.
상술한 광로조절기는 제1 및 제2바이어스 전극들이 이웃하는 액츄에이터들의 제2 및 제1바이어스 전극들과 각각 공통을 이루므로 인접하는 액츄에이터들의 거울들을 동일한 방향으로 구동시켜야 한다.
그러나, 상술한 광로조절장치는 변형부들을 형성하기 위한 세라믹 웨이퍼를 30~50㎛ 정도의 두께로 형성하여야 하므로 연마와 이후의 제조공정이 어려운 문제점이 있었다.
변형부들을 압전세라믹으로 형성할 때에는 고전압에 의해 분극을 하여야 하는 문제점이 있었다.
액츄에이터를 구동기판에 실장할 때 접촉단자들과 신호 전극들을 전도성 접착제로 부착하므로 이웃하는 액츄에이터들이 전기적으로 단락되는 문제점이 있었다.
구동전달부가 에폭시로 형성되므로 시간이 경과함에 따라 열화되는 문제점이 있었다.
또한, 액츄에이터들이 분리되지 않으므로 구동시 상호 간섭하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 화학증착, 물리증착 등의 방법으로 형성된 박막의 세라믹에 의해 변형부를 쉽게 형성할 수 있는 광로조절장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 변형부가 분극되지 않은 압전세라믹으로 형성된 광로조절장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 액츄에이터를 구동기판의 표면에 직접 형성하여 이웃하는 액츄에이터들 사이가 전기적으로 단락되는 것을 방지하는 형성하여 이웃하는 액츄에이터들 사이가 전기적으로 단락되는 것을 방지하는 광로조절장치를 제공함에 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적은 인접하는 액츄에이터들과 분리되어 상호 간섭을 방지할 수 있는 광로조절장치를 제공함에 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광로조절장치는 트랜지스터들이 내장되고 표면에 이 트랜지스터들과 전기적으로 연결된 접속단자들을 갖는 구동기판과, 상기 구동기판에 하부표면의 일측이 제1지지부에 부착되어 실장되고, 박막의 세라믹으로 이루어지며 양측 표면에 제1 및 제2전극이 형성된 변형부와, 상기 제1 또는 제2전극의 표면에 형성된 탄성부와, 상기 제1전극과 접속단자를 전기적으로 연결하는 플러그로 이루어져 화상신호를 인가할 때 상기 변형부가 수평축으로 축소되는 것에 의해 상기 제1지지부에 부착되지 않는 타측이 상기 변형부쪽으로 휘는 액츄에이터와, 상기 액츄에이터 상부의 타측에 형성된 제2지지부에 하부표면의 타측이 부착되어 실장된 거울몸체와, 상기 거울몸체의 표면에 형성된 거울면으로 이루어진 거울을 구비한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제3도는 본 발명의 일 실시예에 따른 광로조절장치(30)의 단면도이다.
상기 광조절장치(30)는 구동기판(31), 액츄에이터(33) 및 거울(47)을 포함한다.
구동기판(31)은 유리 또는 알루미나(Al2O3) 등의 절연물질이나, 또는, 실리콘 등의 반도체로 이루어지며 M×N개의 트랜지스터들(도시되지 않음)이 매트릭스 형태로 내장되어 있다. 또한, 구동기판(31)의 표면에 트랜지스터들과 전기적으로 연결된 접속단자(32)가 형성되어 있다.
액츄에이터(33)은 지지부(35), 탄성부(37), 플러그(plug:39), 변형부(43)와 신호 및 바이어스 전극들(41)(45)로 이루어져 이웃하는 액츄에이터(도시되지 않았음)들과 분리되어 있다.
상기 지지부(35)는 구동기판(31)의 상부에 접속단자(32)를 덮도록 형성되며, 탄성부(37)는 지지부(35)의 상부에 하부표면의 소정부분만 접촉되고 나머지 부분은 공간에 노출되게 형성된다. 지지부(35) 및 탄성부(37)는 질화물 또는 산화물을 스퍼터링(sputtering) 또는 화학기상침적(Chemical Vapor Deposition : 이하 CVD라 칭함) 등의 방법에 의해 변형부(43)는 하부표면에 형성된 신호 전극(41)을 개재시켜 탄성부(37)의 표면에 형성되며, 상부표면에 바이어스 전극(45)이 형성된다. 상기 변형부(43)는 BaTiO3, PZT(Pb(Zr,Ti)O3) 또는 PLZT(Pb,La)(Zr,Ti)O3)등의 압전세라믹이나, 또는 PMN(Pb(Mg,Nb)O3)등의 전왜세라믹을 0.7~2㎛ 정도의 두께로 도포하여 형성된다. 신호 전극(41)은 백금(Pt) 또는 백금/티타늄(Pt/Ti) 등을, 바이어스 전극(45)는 금(Au), 티타늄(Ti) 또는 백금을 스퍼터링 또는 진공증착에 의해 500~2000Å 정도의 두께로 도포하여 형성된다.
플러그(39)는 지지부(35) 및 탄성부(37)를 관통하여 접속단자(32)와 신호 전극(41)을 전기적으로 연결시키는 것으로 텅스텐(W) 또는 티타늄으로 형성된다.
거울(47)은 제2지지부(49), 거울몸체(51) 및 거울면(53)으로 이루어진다. 상기 제2지지부(49)는 제1지지부(35) 반대측의 액츄에이터(33) 상부표면에 질화실리콘(Si3N4)이나 산화실리콘(SiO2)으로 형성된다. 거울몸체(51)는 제2지지부(49)와 동일한 물질로 형성되며 하부표면의 일부가 제2지지부(49)와 접촉되어 실장되어 있다. 상기 제2지지부(49)와 거울몸체(51)는 스퍼터링 또는 CVD 등의 방법으로 1~2㎛ 정도의 두께로 형성된다. 상기에서 제2지지부(49)는 상기 액츄에이터(33)의 변형에 의해 경사지게 되는 거울몸체(51)의 제2지지부(49)와 접촉되지 않은 반대측 끝부분이 액츄에이터(33)의 바이어스 전극(43)과 닿는 것을 방지한다. 또한 거울면(53)은 거울몸체(51)의 상부표면에 알루미늄 또는 은등의 반사특성이 좋은 금속을 500~2000Å 정도의 두께로 스퍼터링 또는 진공 증착의 방법으로 형성된다.
제4도는 상술한 광로조절장치(30)의 동작을 설명하는 개략도이다.
상기 광로조절장치(30)는 바이어스 전극(45)에 인가되는 소정 전위, 예를 들면, 접지전위와 구동기판(31)을 통해 외부로부터 신호 전극(41)에 인가되는 화상 신호의 차이에 의해 변형부(43)에 수직축의 일방향으로 전계가 발생된다. 상기에서 변형부(43)가 전왜세라믹으로 형성되어 있다면, 이 변형부(43)는 전계에 의해 수직축을 따라 팽창되며 수평축을 따라 수축된다. 이에 의해, 변형부(43)와 탄성부(37)의 계면에 전단응력(distortion stress)이 발생된다. 그러므로, 변형부(41)와 탄성부(37)는 제1지지부 및 제2지지부들(35)(39)에 의해 고정된 부분을 제외한 부분에서 응력이 발생되어 변형부(43)쪽으로 휘어진다. 이때, 제1 및 제2지지부들(35)(49)에 의해 고정되지 않은 부분은 응력에 의해 완만한 곡면을 이루며, 고정된 부분은 응력발생이 억제되어 휘어짐이 방지된다. 그러므로, 제2지지부(49)에 의해 고정된 부분은 변형되지 않으면서 끝부분이 소정 변위량(δ2) 정도의 변위량을 갖도록 소정각(θ2)만큼 경사지게 된다. 따라서, 제2지지부(49)에 실장된 거울(47)도 소정각(θ2)만큼 경사지게 되는데, 상기 경사각(θ2)은
이 된다. 상기에서 α는 변형부(43)를 이루는 물질의 스프링상수이고, L은 제1 및 제2지지부들(35)(49)과 중첩되지 않는 부분의 길이이다. 이때, 제2지지부(49)와 거울몸체(51)의 계면에서 응력이 발생되지 않으므로 거울면(53)은 평탄하게 된다.
또한, 상기에서 변형부(43)가 분극되지 않은 압전세라믹으로 형성되어 있다면, 신호 전극(41)에 인가되는 화상신호에 의해 변형부(43)가 자연적으로 분극이 가능하다. 즉, 신호 전극(41)에 인가되는 화상신호는 단위 두께의 압전세라믹을 분극시키기 위한 전압보다 전위가 유사하거나 또는 크므로 구동시 전계방향과 분극방향이 일치된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 광로조절장치는 침적 등의 방법으로 형성된 박막의 압전 또는 전왜세라믹으로 이루어진 액츄에이터의 변형부 일측표면에 전극을 개재시켜 절연물질로 형성된 탄성부가 일측 끝부분이 접촉되는 제1지지부에 의해 구동기판에 실장되고, 상기 액츄에이터의 상부의 타측 끝부분에 접촉되는 제2지지부에 거울이 지지 및 고정된다. 그러므로, 인가되는 화상 신호에 의해 변형부가 수평방향으로 수축되어 변형부와 탄성부는 제1 및 제2변형부들과 중첩되지 않는 부분의 계면에 응력이 발생되어 그 부분이 휘어져 경사지게 되나 제2지지부와 중첩되는 부분은 평탄하게 경사지게 되므로 거울도 평탄하게 경사지게 된다.
따라서, 본 발명은 변형부를 침적 등의 방법에 의한 박막의 세라믹으로 쉽게 형성할 수 있으며, 변형부가 압전세라믹으로 형성되어도 별도의 분극을 하지 않아도 되는 잇점이 있다. 또한, 액츄에이터가 인접하는 것들과 분리되므로 상호 간섭을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명을 바람직한 실시예를 중심으로 설명 및 도시하였으나, 본 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양하게 변형실시할 수 있을 것이다.
Claims (5)
- 트랜지스터들이 내장되고 표면에 이 트랜지스터들과 전기적으로 연결된 접속단자들을 갖는 구동기판과, 상기 구동기판에 하부표면의 일측이 제1지지부에 부착되어 실장되고, 박막의 세라믹으로 이루어지며 양측 표면에 제1 및 제2전극이 형성된 변형부와, 상기 제1 또는 제2전극의 표면에 형성된 탄성부와, 상기 제1전극과 접속단자를 전기적으로 연결하는 플러그로 이루어져 화상신호를 인가할 때 상기 변형부가 수평축으로 축소되는 것에 의해 상기 제1지지부에 부착되지 않는 타측이 상기 변형부쪽으로 휘는 액츄에이터와, 상기 액츄에이터 상부의 타측에 형성된 제2지지부에 하부 표면의 타측이 부착되어 실장된 거울몸체와, 상기 거울몸체의 표면에 형성된 거울면으로 이루어진 거울을 구비하는 광로조절장치.
- 제1항에 있어서, 상기 변형부가 전왜 또는 압전세라믹으로 이루어진 광로조절장치.
- 제2항에 있어서, 상기 변형부가 Sol-Gel법, 스퍼터링 또는 화학 기상침적법으로 형성된 광로조절장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2지지부가 질화실리콘 또는 산화실리콘 등의 절연물질로 이루어진 광로조절장치.
- 제1항에 있어서, 상기 거울몸체가 질화실리콘 또는 산화실리콘 등의 절연물질로 이루어진 광로조절장치.
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Also Published As
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