KR970006987B1 - 투사형 화상표시장치의 광로 조절수단 - Google Patents

Abstract

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Description

투사형 화상표시장치의 광로 조절수단

제1도는 종래 투사형 화상표시장치의 광로조절수단의 단면도.

제2도는 본 발명의 일실시예에 따른 투사형화상표시장치의 광로조절수단의 단면도.

제3도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 투사형화상표시장치의 광로조절수단의 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

30 : 광로조절수단 31 : 능동매트릭스 기판

33 : 도선패턴 35 : 고정부

37 : 신호전극 39 : 변형부

40 : 액츄에이터 41 : 공통전극

43 : 지지부 45 : 반사경

본 발명은 투사형화상표장치의 광로조절수단에 관한 것으로서, 특히, 제조가 쉽고 고밀도 화소(pixel)를 이룰 수 있는 투사형화상표시장치의 광로조절수단에 관한 것이다.

화상표시장치는 표시방식에 따라 직시형 화상표시장치와 투사형 화상표시장치로 구분된다. 직시형 화상표시장치는 CRT(Cathode Ray Tube)등이 있는데, 이러한 CRT 화상표시장치는 화잘이 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 작게할 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×N개인 1차원 AMA와 M×N개인 2차원 AMA로 구분된다.

상기에서 액츄에이터는 압전물질이나 전왜물질로 이루어지는 변형부와 전극들을 포함하며 전계발생시 변형되어 상부에 있는 거울을 기울어지게 한다.

제1도는 종래의 투사형화표시장치의 광로조절수단(10)의 단면도이다.

상기 광로조절수단(10)은 능동매트릭스 기판(11), 액츄에이터(l4) 및 반사경(23)을 포함한다. 상기 능동매트릭스 기판(11)은 유리 또는 Al₂O₃등의 절연물질로 이루어지며 화소들마다 트랜지스터들(도시되지 않음)을 가지고 표면에 매트릭스(matrix) 형태의 도선 패턴(13)이 형성되어 있다. 또한, 능동매트릭스 기판(11)은 단결정 실리콘 웨이퍼로 형성될 수 있다. 액츄에이터(14)는 제1 및 제2변형부들(15)(17)과 신호 및 공통전극들(19)(21)로 이루어진다.

상기에서 제1 및 제2변형부들(15)(17)은 "L''자 모양을 가지며 겅루상으로 배치도어 철(凸)모양으로 기판(11)상에 실장되어 있다.

상기 제l 및 제2변형부들(15)(17)은 압전세라믹으로 이루어져 있으며, 상부에 반사경(23)이 위치되어 있다. 제1 및 제2변형부들(15)(17)은 사이에 신호전극(19)이, 이 신호 전극(19)과 마주보는 표면에 공통전극(21)들이 형성되어 있다. 상기에서 제1 및 제2변형부들(15)(l7)은 신호전극(19)과 수직을 이루는 한 방향으로 분극(polarzation)되어 있다. 신호 전극(19)은 도선패턴(13)과 전기적으로 접속되어 있으며, 공통전극(21)들은 외부도선 패턴(도시되지 않음)에 의해 인접하는 광로조절수단의 공통전극들과 접속되어 있다.

또한, 신호 및 공통전극들(19)(21)은 금속등의 도전성 물질로 형성되며 신호전압시 제1 및 제2변형부들(15)(17)을 변형시킨다. 즉, 예를들면, 제1변형부(15)에서 제2변형부(17) 방향으로 분극된 상태에서 신호전극(19)에 신호전압을 인가하면 분극방향과 전계방향은 제1변형부(15)에서 일치하지 않고 제2변형부(17)에서 일치한다. 그러므로, 제1변형부(15)는 수평방향으로 수축하고 수직방향으로 팽창하며, 제2변형부(17)는 수평방향으로 팽창하고 수직방향으로 수축한다. 따라서, 반사경(23)은 제1변형부(15)에서 제2변형부(17) 방향으로 기울어져 경사각을 갖는다. 상기에서 반사경(23)의 경사각은 제1 및 제2변형부들(15)(17)의 상부의 길이에 비례하고, 두께의 제곱에 반비례 한다. 그러므로, 반사경(23)의 경사각을 크게 하여 광로 조절범위를 크게하기 위해서는 제1 및 제2변형부들(15)(17) 상부의 두께를 작게하거나 높이를 크게해야 한다.

상술한 광로조절수단(10)은 신호전극을 형성하기 위한 금속 도전막들과 압전세라믹 등이 교호하는 다수의 층으로 적응하며, 한쪽 방향으로 분극하고, 적층방향에 대해 수직으로 절단하여 기판(21)에 실장한다. 그 다음, 금속도전막 사이의 압전세라믹등을 쏘잉(sawing) 등의 기계적 절삭 가공에 의해 제1 및 제2변형부들(15)(17) 상부의 두께 및 높이를 한정하고, 스퍼터링 등에 의해 제1 및 제2변형부들(15)(17)의 의부표면에 공통전극(21)들을 형성하여 M×N 액츄에이터들을 만들고, 이 액츄에이터들의 상부표면에 반사경들을 부착시킨다.

그러나, 상술한 종래의 광로조절수단은 M×N개의 액츄에이터들을 만들기 위한 다층 세라믹 사이의 금속도전막이 평탄하지 않아 기계적 절삭가공시 변형부들 상부에 있는 금속도전막이 제거되어 신호 전극이 손상될 수 있는 문제점이 있었다.

또한, 광로조절수단은 큰 광로조절범위를 갖기 위해 기계적 절삭방법에 의해 변형부들이 상부의 두께를 얇고 높이를 크게 하여야 하므로 가공과 화소를 고밀도로 하기 어려운 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명의 목적은 다층세라믹을 형성하지 않고 M×N개의 액츄에이터를 만들 수 있는 투사형화상표시장치의 광로조절수단을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 제조하기 간단한 투사형화상표시장치의 광로조절수단을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 박막 제조방법을 사용하여 화소들의 크기가 작고 고밀도를 이룰 수 있는 투사형화상표시장치의 광로조절수단을 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 투사형화상표시장치의 광로조절수단은 트랜지스터들을 가지며 매트릭스 형태의 도선 패턴이 표면에 형성된 절연기판과, 상기 기판상에 형성된 고정부와, 상기 고정부의 상부에 하부의 일측만이 부착된 적층된 구조를 가지며 상기 기판과 수평을 이루어 신호전압 인가시 상부 또는 하부로 휘는 액츄에이터와, 상기 액츄에이터의 상부에 부착되어 이 액츄에이터의 휘는 것에 의해 경사각을 갖는 반사경을 구비한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명의 일실시예에 따른 투사형화상표시 장치의 광로조절수단(30)의 단면도이다.

상기 광로조절수단(30)은 능동매트릭스 기판(31)(이하 기판이라 칭함), 액츄에이터(40), 지지부(43) 및 반사경(45)을 구비한다.

기판(31)은 각 화소마다 표면에 박막 트랜지스터(도시되지 않음)와 매트릭스 형태의 도선패턴(33)이 형성된 유리 또는 Al₂O₃등이 절연물질로 이루어진다. 또한, 상기 기판(31)은 트랜지스터가 내장되고 표면에 매트릭스 형태의 도선 패턴이 형성된 단결정 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수도 있다.

액츄에이터(40)는 변형부(39)를 사이에 두고 하부 및 상부표면에 신호 및 공통전극들(37)(41)을 갖는다. 액츄에이터(40)는 도선패턴(33)의 표면에 도전성 접착제로 형성되어 있는 고정부(35)의 상부에 부착된다.

상기에서 액츄에이터(40)는 하부의 일측만이 고정부(35)의 상부에 부착되고 나머지 부분은 노출되어 있으며, 또한 기판(31)과 평행을 이룬다. 고정부(35)은 액츄에이터(40)를 고정시킴과 동시에 도선패턴(33)을 통해 인가되는 신호를 신호전극(37)으로 전달한다. 상기 변형부(39)는 BaTiO₃, PZT(Pb(Zr,Ti)O₃) 또는 PLZT((Pb,La)(Zr,Ti)O₃) 등의 압전세라믹으로 이루어지며 y방향 또는 -y방향으로 분극되어 있다. 신호전극(37)은 액츄에이터(40)를 구동시키기 위한 신호가 인가되는 것으로 은(Ag) 등과 같이 신장력이 좋고 전도성이 좋은 연성금속으로 형성된다. 공통전극(41)은 액츄에이터(40)를 접지시키는 것으로 변형부(39)의 상부가 x방향 또는 -x방향으로 변형되는 것을 방지하기 위해 니켈(Ni) 등의 경성금속으로 이루어지고, 신호전극(37)보다는 두껍게 형성된다. 상기에서 변형부(39)는 PMN(Pb(Mg,Nb)O₃) 등의 전왜 세라믹으로 이루어질 수도 있다.

상기에서 신호전극(37)에 신호전압을 인가하면 변형부(39)는 상부가 공통전극(41)에 의해 변형되지 않고 하부만이 변형되어 액츄에이터(40)는 y 또는 -y 방향으로 휘게 된다. 즉, 변형부(39)가 y 방향으로 분극되어 있다면, 신호전극(37)에 양의 신호(+V)를 인가하고 공통전극(41)을 접지시킬 때 변형부(39)의 하부가 -x 방향으로 수축되어 액츄에이터(40)는 -y 방향으로 휘게 된다. 또한, 신호전극(37)에 음의 신호(-V)를 인가할 때 상기와반대로 액츄에이터(40)는 y방향으로 휘어지게 된다. 그러므로, 고정부(35)를 액츄에이터(40)의 최대 변위량보다 두껍게 형성하여 신호전극(37)이 기판(31)과 접촉되지 않도록 한다. 따라서, 상기에서 액츄에이터(40)는 고정부(35)와 접촉된 부분은 휘어지지 않고 노출된 부분만 휘어지게 된다.

또한, 공통전극(41)의 상부에 지지부(43)와 반사경(45)이 적층되어 있다. 지지부(43)는 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr) 등의 경성금속으로 형성되며, 역 U자 모양을 이루어 양측 부분만이 공통전극(41)과 접촉된다. 그러므로, 지지부(43)의 내부와 공통전극(41) 사이에는 공간(42)이 형성되어 액츄에이터(40)가 구동될 때 휘는 힘이 시지부(43)의 양측부분으로만 전달된다. 따라서, 지지부(43)의 상부표면은 평단함이 유지되면서 경사지게 되며, 이에 의해 반사경(45)의 표면은 평탄함이 유지되면서 소정 각도로 경사진다. 반사경(45)의 경사각은 액츄에이터(40)의 휘어지는 정도, 즉 y방향 변위에 비례하고, 노출된 부분의 길이에 반비례하는데, 이는액츄에이터(40) 형상과 신호전압의 크기로 조절이 가능하다.

상술한 광로조절수단(30)에서 지지부(43)없이 공통전극(41)의 상부에 반사경(45)이 위치될 수도 있다. 그리하며, 반사경(45)은 액츄에이터(40)가 휘는 힘이 전달되어 경사지게 된다.

상술한 바와같이 하나의 변형부로 이루어지며, 이 변형부의 일측면이 변형되지 않고 일측면과 대응하는 타측면이 수축 또는 팽창되는 액츄에이터를 유니모프형(unimorph type)이라 한다.

상술한 광로조절수단(30)의 제조방법을 설명한다. 도선패턴(33)을 갖는 기판(31)의 상부에 포토레지스트(photoresist)를 도포한 후 사진공정에 의해 도선 패턴(33)을 노출시킨다. 그 다음, 노출된 도선패턴(33)의 상부에 도전성 접착제로 도포되어 있는 포토레지스트의 두께와 동일한 두께를 가지는 고정부(35)를 형성한다. 상술한 구조의 전표면에 실크스크린(silk screen) 또는 닥터브레이드법 등이 후막형성방법으로 신호전극(37), 변형부(39) 및 공통전극(41)을 순차적으로 형성한다. 상기에서 신호 및 공통전극(37)(41)을 수천∼수만 Å의 두께로, 변형부(37)를 수∼수십㎛의 두께로 형성한다. 또한 상기에서 신호전극(37), 변형부(39) 및 공통전극(41)을 회전도포(spin coating), 진공증착 또는 스퍼터링 등의 박막 형성 방법으로 형성할 수도 있다. 그리고, 공통전극(41)의 표면에 포토레지스트의 패턴을 형성한 후 상술한 방법으로 지지부(43)를 형성한다. 그 다음, 쏘잉(sawing) 등의 기계적 절삭방법 의해 기판(31) 표면에 형성되어 있는 포토레지스트가 노출될 때까지 절삭하여 액츄에이터(40)를 한정한다. 상기에서, 신호전극(37), 변형부(39) 및 공통전극(41)이 박막으로 이루어졌다면 반응성이온 식각 또는 플라즈마식각(plasma etching) 등의 이방성식각방법에 포토레지스트가 노출될 때까지 식각한다. 계속해서, 포토레지스터를 제거하고, 지지대(43)의 상부표면에 반사경(45)을 부착시켜 광로조절수단(30)을 완성한다.

제3도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 투사형화상 표시장치의 광로조절수단(30)의 단면도이다. 상기 광로조절수단(30)은 액츄에이터(40)가 두 개의 즉, 제1 및 제2변형부들(49)(51)을 갖는 바이모프형(bimorph type)이다. 제1 및 제2변형부(49)(51)이 동일하게 y 또는 -y방향으로 분극되어 있으며, 내부표면사이에 신호전극(47)이, 외부표면에 제1 및 제2공통전극(52)(53)이 형성되어 있다. 상기에서 제1 및 제2공통전극(52)(53)은 은, 구리, 니켈, 알루미늄 등과 같은 도전성 금속으로 형성되어 있다. 신호전극(47)은 접촉되는 제1 및 제2변형부들(49)(51)이 x축 방향으로 수축 또는 팽창운동하는 것을 y 방향으로 굴곡변위를 일으킬 수 있도록 어느정도 이상의 강한 탄성계수를 갖는 도전성 금속을 형성된다. 또한, 액츄에이터(40)는 하부의 일측막이 도선패턴(33)을 갖는 기판(31)의 상부에 형성된 제1고정부(46)에 부착되어 있고 나머지 부분은 노출되어 있으며, 기판(31)과 평행을 이룬다. 제1고정부(46)는 비도전성 접착제로 이루어지며 도선패턴(33)과 접촉되지 않게 기판(31)의 상부에 형성되어 있다. 그러므로 고정부(46)는 단지 액츄에이터(40)를 기판(31)에 고정시키는 기능만을 갖는다.

제2공통전극(53)의 상부에 지지부(43)와 반사경(45)이 적층되어 있다. 그리고, 액츄에이터(40) 주위의 기판(31)상에 제2고정부(48)이 형성되어 있으며, 이 제2고정부(48)의 표면에 도선패턴(33)과 신호전극(47)사이를 전기적으로 연결시키는 연결부(34)가 형성되어 있다.

상술한 광로조절수단(30)은 연결부(34)을 통해 신호전극(47)에 신호전압이 인가되면 액츄에이터(40)가 y 또는 -y 방향으로 휘게된다. 예를들면, 제1 및 제2변형부들(49)(51)이 y 방향으로 분극되어 있다. 신호전극(47)에 양의 신호(+V)를 인가할 때 전계방향과 분극방향이 제1변형부(49)에서 일치되지 않고 제2변형부(51)에시 일치된다. 그러므로, 제1변형부(49)는 x방향으로 팽창되고, 제2변형부(51)는 하부가 -x방향으로 수축된다. 따라서, 액츄에이터(40)는 y방향으로 휘어지게 되어 반사경(45)을 경사지게 하는데, 제1변형부(52)와 제2변형부(53)의 변위량에 의해 이 반사경(45)은 1개의 변형부로 이루어진 것보다 2배 정도크게 경사지게 된다.

상술한 바와같이 후막 또는 박막형성방법에 의해 순차적으로 적층된 신호 전극, 변형부 및 공통전극을 기계적 절삭방법 또는 물리적 식각방법에 의해 가공하며 구조가 간단하며 위 또는 아래방향으로 휘는 M×N개의 액츄에이터들을 한정한다.

따라서, 본 발명은 다층 세라믹을 사용하지 않고 후막 또는 박막을 적층한 후 기계적 절삭 또는 물리적 식각을 하여 액츄에이터 어레이를 한정할 수 있으므로 제조방법이 간단한 잇점이 있다. 또한, 박막들을 형성하고 물리적 식각하므로 액츄에이터의 크기를 최소화하여 고밀도의 화소를 이룰 수 있는 잇점이 있다.

Claims (13)

1. 화소들마다 트랜지스터들을 가지며 표면에 매트릭스 형태의 도선 패턴이 형성된 기판과; 상기 기판상에 형성된 고정부와; 상기 고정부의 상부에 하부의 일측만이 부착된 적층된 구조릍 가지며 상기 기판과 수평을 이루어 신호전압 인가시 상부 또는 하부로 휘는 액츄에이터와; 상기 액츄에이터의 상부에 부착되어 이 액츄에이터의 상부 또는 하부로 휘는 것에 의해 경사각을 갖는 반사경을 구비하는 투사형화상표시장치의 광로조절수단.
2. 제1항에 있어서, 상기 액츄에이터는 한쪽면이 변형되지 않고 다른 쪽면만 변형되는 하나의 변형부로 이루어진 유니모프형인 투사형화상 표시장치의 광로조절수단.
3. 제2항에 있어서, 상기 변형부의 하부면에 신호전극이 형성되고, 상부면에 공통전극이 형성된 투사형화상표시장치의 광로조절수단.
4. 제3항에 있어서, 상기 신호전극은 은 등의 연성금속으로 형성되고, 상기 공통전극은 니켈 등의 경성금속으로 형성되며, 이 공통전극은 상기 신호전극 보다 두껍게 형성된 투사형화상표시장치의 광로조절수단.
5. 제1항에 있어서, 상기 고정부가 도전성 접착제로 형성되어 상기 신호전극과 상기 도선패턴을 전기적으로 연결하는 투사형화상표시장치의 광로조절수단.
6. 제1항에 있어서, 상기 액츄에이터가 제1 및 제2변형부들을 갖는 바이모프형인 투사형화상표시장치의 광로조절수단.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2변형부의 사이에 신호전극이, 마주보는 면들에 제1 및 제2공통전극들이 형성된 투사형화성표시장치의 광로조절수단.
8. 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2공통전극이 은 등의 연성금속으로 형성되고, 상기 신호전극이 니켈등의 경성금속으로 형성된 투사형화상 표시장치의 광로조절수단.
9. 제6항에 있어서, 상기 고정부가 비도전성 접착제로 형성되어 상기 액츄에이터의 일측 하면과, 측면을 고정히는 제1, 제2고정부로 이루어진 투사형화상표시장치의 광로조절수단.
10. 제6항에 있어서, 상기 제2고정부의 표면에 상기 도선패턴과 신호전극을 순차적으로 접속시키는 연결부가 형성된 투사형화상표시장치의 광로조절수단.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액츄에이터와 반사경사이에 역 U자 형상의 지지대를 더 구비하는 투사형화상표시장치의 광로조절수단.
12. 제11항에 있어서, 상기 지지대가 니켈 또는 크롬으로 형성된 투사형화상표시 장치의 광로조절수단.
13. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정부는 상기 액츄에이터의 최대변위량 보다 두껍게 형성된 투사형화상표시장치의 광로조절수단.