KR100209941B1 - Thin-film optical path control device with large driving angle - Google Patents
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Landscapes
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Abstract
거울의 구동 각도를 보다 크게 할 수 있는 박막형 광로 조절 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 상부에 패드, 플러그, 보호층 및 식각 방지층이 형성된 액티브 매트릭스와 상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 액츄에이터를 포함한다. 상기 액츄에이터는, 하부 전극, 변형부, 상부전극 및 멤브레인을 갖고 서로 반대 방향으로 구동하는 적어도 2개의 액츄에이팅부들로 구성된다. 따라서 좁은 면적 내에서도 2∼3배 이상의 구동 각도로 거울을 구동시킬 수 있어 광원으로부터 입사되는 광의 광효율을 높일 수 있으며, 콘트라스트(contrast)를 향상시킬 수 있다.A thin film type optical path adjusting device capable of increasing the driving angle of a mirror is disclosed. The device includes an active matrix having a pad, a plug, a protective layer and an etch stop layer thereon, and an actuator formed on the active matrix. The actuator is composed of at least two actuators having a lower electrode, a deformable portion, an upper electrode and a membrane and driving in opposite directions to each other. Therefore, the mirror can be driven at a driving angle of 2 to 3 times or more even in a small area, thereby improving the light efficiency of the light incident from the light source, and improving the contrast.
Description
본 발명은 박막형 광로 조절 장치인 AMA(Actuated Mirror Arrays)에 관한 것으로, 특히 좁은 면적을 가지면서도 내장된 거울의 구동 각도를 크게 할 수 있는 AMA 장치에 관한 것이다.The present invention relates to AMA (Actuated Mirror Arrays), a thin film type optical path control device, and more particularly, to an AMA device capable of increasing a driving angle of a built-in mirror while having a small area.
광속을 조정할 수 있는 광로 조절 장치 또는 광 변조기는 광통신, 화상 처리, 그리고 정보 디스플레이 장치 등에 다양히 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 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : LCD) , AMA, 그리고 DMD(Deformable Mirror Device) 등의 투사형 화상 표시 장치이다. 상기 CRT 장치는 화질은 우수하나 화면이 대형화됨에 따라 장치의 중량과 용적이 증가하여 제조 비용이 상승하게 되는 문제점이 있다. 이에 비하여, 액정 표시 장치(LCD)는 광학적 구조가 간단하여 얇게 형성함으로서 중량을 가볍게 하고 용적을 줄일 수 있다. 그러나 액정 표시 장치는 광의 편광으로 인하여 1∼2%의 광효율을 가질 정도로 효율이 떨어지고, 응답 속도가 느리며 그 내부의 액정 물질이 과열되기 쉬운 단점이 있다. 따라서, 상기의 문제점을 해결하기 위하여 AMA, 또는 DMD 등의 박막형 화상 표시 장치가 개발되었다. 현재, DMD 장치가 5% 정도의 광효율을 가지는 것에 비하여 AMA 장치는 10% 이상의 광효율을 얻을 수 있다.An optical path adjusting device or an optical modulator capable of adjusting the light flux may be variously applied to optical communication, image processing, and information display apparatus. In general, such devices are classified into two types according to their optical properties. One type is a direct view type image display device, such as a CRT (Cathode Ray Tube), and the other type is a projection type image such as a liquid crystal display (LCD), an AMA, and a deformable mirror device (DMD). It is a display device. Although the CRT apparatus has excellent image quality, as the screen is enlarged, the weight and volume of the apparatus increase, thereby increasing the manufacturing cost. In contrast, a liquid crystal display (LCD) has a simple optical structure and can be formed thin so that the weight can be reduced and the volume can be reduced. However, the liquid crystal display device is inferior in efficiency to have a light efficiency of 1 to 2% due to polarized light, has a disadvantage in that the response speed is slow and the liquid crystal material therein tends to overheat. Therefore, in order to solve the above problem, a thin film type image display apparatus such as AMA or DMD has been developed. Currently, AMA devices can achieve 10% or more light efficiency, while DMD devices have about 5% light efficiency.
상기 AMA 장치는, 그 내부에 설치된 각각의 거울이 광원으로부터 유입되는 빛을 소정의 각도로 반사하며, 상기 반사된 빛은 슬릿(slit)을 통과하여 스크린에 화상을 맺도록 광속을 조절할 수 있는 장치이다. 따라서 그 구조와 동작 원리가 간단하며, 액정 표시 장치 장치나 DMD 장치 등에 비해 높은 광효율을 얻을 수 있다. 또한, AMA 장치는 콘트라스트(contrast)를 향상시켜 보다 밝고 선명한 화상을 맺게 할 수 있으며, 입사되는 광속의 극성에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 반사되는 광속의 극성에도 영향을 미치지 않는다. 상기 AMA 장치에 내장된 거울들은 각기 슬릿에 대응하여 배열되어 발생하는 전계에 의해 거울이 경사지게 된다. 따라서 광원으로부터 입사되는 광속을 소정의 각도로 조절하여, 스크린에 화상을 맺을 수 있도록 한다. 일반적으로 각각의 액츄에이터(actuator)는 인가되는 전기적인 화상 신호 및 바이어스 전압에 의하여 발생되는 전계에 따라 변형을 일으킨다. 상기 액츄에이터가 변형을 일으킬 때, 상기 액츄에이터의 상부에 장착된 각각의 거울들이 경사지게 된다. 따라서 상기 경사진 거울들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시킬 수 있게 된다. 상기 각각의 거울들을 구동하는 액츄에이터로서 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 액츄에이터의 구성 물질로서 사용할 수 있다.The AMA device is a device that can adjust the luminous flux so that each mirror installed therein reflects the light flowing from the light source at a predetermined angle, and the reflected light passes through a slit to form an image on the screen. to be. Therefore, the structure and operation principle thereof are simple, and high light efficiency can be obtained compared to a liquid crystal display device, a DMD device, or the like. In addition, the AMA device can improve contrast to produce a brighter and clearer image, and is not affected by the polarity of the incident light flux and also does not affect the polarity of the reflected light flux. The mirrors embedded in the AMA device are inclined by the electric field generated by corresponding to the slits. Therefore, the luminous flux incident from the light source is adjusted at a predetermined angle to form an image on the screen. In general, each actuator causes deformation in accordance with the electric field generated by the applied electric image signal and the bias voltage. When the actuator causes deformation, each of the mirrors mounted on top of the actuator is inclined. Accordingly, the inclined mirrors can reflect light incident from the light source at a predetermined angle. Piezoelectric materials such as PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) or PLZT ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ) are used as actuators for driving the respective mirrors. In addition, an electrostrictive material such as PMN (Pb (Mg, Nb) O 3 ) may be used as a constituent material of the actuator.
이러한 AMA 장치는 크게 벌크형(bulk type) 장치와 박막형(thin film type) 장치로 구분된다. 상기 벌크형 광로 조절 장치는 예를 들면 미합중국 특허 제5,085,497호(issued to Gregory Um, 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 이루어진다. 그러나 벌크형 광로 조절 장치는 액츄에이터들을 쏘잉 방법에 의하여 분리해야하므로 설계 및 제조에 있어서 매우 높은 정밀도가 요구되며, 변형부의 응답 속도가 느린 단점이 있다. 따라서 반도체 제조 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 광로 조절 장치가 개발되었다.Such AMA devices are largely classified into bulk type devices and thin film type devices. The bulk optical path control device is disclosed in, for example, US Pat. No. 5,085,497 (issued to Gregory Um, et al.) 5,159,225 (issued to Gregory Um), 5,175,465 (issued to Gregory Um, et al. have. The bulk optical path adjusting device is to cut a thin layer of multilayer ceramic, mount a ceramic wafer having a metal electrode formed therein in an active matrix in which a transistor is built, and then process it by sawing. This is done by installing a mirror. However, since the bulk light path control device must separate the actuators by a sawing method, very high precision is required in design and manufacturing, and the response speed of the deformation part is slow. Therefore, a thin film type optical path control apparatus that can be manufactured using a semiconductor manufacturing process has been developed.
상기 박막형 광로 조절 장치는 본 출원인이 대한민국 특허청에 특허출원한 특허출원 제95-13358호(발명의 명칭 : 광로 조절 장치)에 개시되어 있다.The thin film type optical path control device is disclosed in Korean Patent Application No. 95-13358 (name of the invention: optical path control device) filed by the applicant to the Korean Intellectual Property Office.
도 1은 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 2는 도 1에 도시한 장치를 AA′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(1)와 상기 액티브 매트릭스(1)의 상부에 형성된 액츄에이터(3)로 구성된다.FIG. 1 shows a plan view of the thin film type optical path adjusting device described in the above prior application, and FIG. 2 shows a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the device shown in FIG. 1. As shown in Fig. 1 and Fig. 2, the thin film type optical path adjusting device is composed of an active matrix 1 and an actuator 3 formed on the active matrix 1.
상기 액티브 매트릭스(1)는 실리콘(Si) 등의 반도체로 형성되며, 내부에 M×N(M, N은 정수)개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되어 있다. 또한, 액티브 매트릭스(1)는 유리나 알루미나(Al2O3) 등의 절연 물질을 사용하여 형성할 수 있다.The active matrix 1 is formed of a semiconductor such as silicon (Si), and includes M × N (M, N is an integer) MOS transistors (not shown). In addition, the active matrix 1 can be formed using an insulating material such as glass or alumina (Al 2 O 3 ).
액티브 매트릭스(1)의 일측 상부에는 패드(5)가 형성된다. 상기 패드(5)는 액티브 매트릭스(1)에 내장된 MOS 트랜지스터와 전기적으로 연결되어 있다.The pad 5 is formed on one side of the active matrix 1. The pad 5 is electrically connected to the MOS transistor embedded in the active matrix 1.
상기 액츄에이터(3)는 멤브레인(7), 플러그(9), 하부전극(11), 변형부(15), 그리고 상부전극(17)으로 구성된다. 상기 멤브레인(7)은 질화물 등의 절연 물질을 사용하여 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 적층한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 멤브레인(7)은 그 중앙부를 중심으로 일측에는 사각형 형상의 오목한 부분이 형성되어 있으며, 타측에는 상기 오목한 부분에 대응하는 사각형 형상의 돌출부가 형성된다. 상기 멤브레인(7)의 오목한 부분에는 인접하는 액츄에이터의 멤브레인의 사각형 형상의 돌출부가 끼워지고, 상기 멤브레인(7)의 돌출부가 인접하는 멤브레인의 오목한 부분에 끼워진다. 또한 도 2를 참조하면, 상기 멤브레인(7)은 일측이 상기 액티브 매트릭스(1)의 상부에 접촉되고, 타측이 에어갭(air gap)(8)을 개재하여 액티브 매트릭스(1)와 평행하도록 형성된다.The actuator 3 is composed of a membrane 7, a plug 9, a lower electrode 11, a deformable portion 15, and an upper electrode 17. The membrane 7 is laminated to have a thickness of about 0.01 to 1.0 탆 using an insulating material such as nitride. As shown in FIG. 1, the membrane 7 has a rectangular concave portion formed on one side thereof with a central portion thereof, and a quadrangular protrusion portion corresponding to the concave portion formed on the other side thereof. The concave portion of the membrane 7 is fitted with a rectangular protrusion of the membrane of the adjacent actuator, and the protrusion of the membrane 7 is fitted with the concave portion of the adjacent membrane. 2, the membrane 7 is formed such that one side is in contact with the top of the active matrix 1 and the other side is parallel to the active matrix 1 via an air gap 8. do.
플러그(9)는 상기 멤브레인(7) 중 하부에 패드(5)가 형성되어 있는 부분에 수직하게 형성된다. 상기 플러그(9)는 텅스텐(W), 또는 티타늄(Ti) 등의 금속을 채워 형성하며, 패드(5)와 전기적으로 연결되도록 한다.The plug 9 is formed perpendicular to the portion of the membrane 7 in which the pad 5 is formed. The plug 9 is formed by filling a metal such as tungsten (W) or titanium (Ti) and is electrically connected to the pad 5.
하부전극(11)은 상기 멤브레인(7) 상부에 백금(Pt), 또는 티타늄 등을 사용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 적층한다. 상기 하부전극(11)의 일측에는 멤브레인(7)이 노출되도록 광효율을 향상시키는 스트라이프(13)가 쏘잉 방법에 의해 형성된다. 스트라이프(13)는 하부전극(11)과 상부전극(17)을 균일하게 작동시켜 입사되는 광속이 난반사되는 것을 방지한다.The lower electrode 11 is stacked on the membrane 7 so as to have a thickness of about 500 to about 2000 kPa using platinum (Pt) or titanium. On one side of the lower electrode 11, a stripe 13 for improving light efficiency is formed by a sawing method so that the membrane 7 is exposed. The stripe 13 uniformly operates the lower electrode 11 and the upper electrode 17 to prevent the incident light beam from being diffusely reflected.
변형부(15)는 상기 하부전극(11)의 상부에 PZT, 또는 PLZT 등의 압전 물질이나 PMN 등의 전왜 물질을 사용하여 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 적층한다. 변형부(15)는 상기 하부전극(11)의 일측에 형성된 스트라이프(13)를 채우도록 형성된다.The deformable portion 15 is laminated on the lower electrode 11 to have a thickness of about 0.01 to 1.0 탆 using piezoelectric materials such as PZT or PLZT, or electrodistortion materials such as PMN. The deformable portion 15 is formed to fill the stripe 13 formed on one side of the lower electrode 11.
상부전극(17)은 변형부(15)의 상부에 알루미늄(Al), 또는 은(Ag)등의 전기 전도성 및 반사 특성이 양호한 금속을 사용하여 500∼1000Å 정도의 두께를 가지도록 적층한다. 상기 상부전극(17)에는 바이어스 전압이 인가되며, 동시에 상부전극(17)은 입사되는 광속을 반사하는 반사층의 기능도 함께 수행한다.The upper electrode 17 is stacked on the deformable portion 15 to have a thickness of about 500 to 1000 mW using a metal having good electrical conductivity and reflective properties such as aluminum (Al) or silver (Ag). A bias voltage is applied to the upper electrode 17, and at the same time, the upper electrode 17 also functions as a reflective layer reflecting the incident light beam.
상술한 구조의 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 액티브 매트릭스(1)에 내장된 MOS 트랜지스터로부터 발생한 화상 신호는 패드(5)와 플러그(9)를 통해 하부전극(11)에 인가된다. 동시에, 상부전극(17)에 바이어스 전압이 인가되어 상부전극(17)과 하부전극(11) 사이에 전계가 발생한다. 따라서 변형부(15)가 전계에 수직한 방향으로 수축하여 변형부(15)를 포함하는 액츄에이터(3)가 멤브레인(7)이 형성된 방향의 반대 방향으로 휘어지며, 이에 따라 액츄에이터(3) 상부의 상부전극(17)도 같은 방향으로 경사진다. 광원으로부터 입사된 광속은 상부전극(17)에 의하여 반사되며, 반사된 광속은 슬릿을 통하여 스크린에 투영되어 화상을 맺게 된다.In the above-described thin film type optical path adjusting device, the image signal generated from the MOS transistor embedded in the active matrix 1 is applied to the lower electrode 11 through the pad 5 and the plug 9. At the same time, a bias voltage is applied to the upper electrode 17 to generate an electric field between the upper electrode 17 and the lower electrode 11. Therefore, the deformable portion 15 contracts in a direction perpendicular to the electric field, and the actuator 3 including the deformable portion 15 is bent in a direction opposite to the direction in which the membrane 7 is formed, and thus the upper portion of the actuator 3 The upper electrode 17 is also inclined in the same direction. The light beam incident from the light source is reflected by the upper electrode 17, and the reflected light beam is projected onto the screen through the slit to form an image.
그러나, 상술한 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 상부전극의 일부만을 구동하여 광속을 반사시킴으로서 그 구동 각도가 작아지고 광효율이 떨어지는 단점이 있다. 또한, 변형부를 포함하는 액츄에이터의 변위가 작기 때문에 거울의 구동 각도가 작아서 화상의 콘트라스트(contrast)가 저하되는 단점이 있다. 그리고, 거울의 구동 각도가 작기 때문에 광원과 스크린 사이의 간격이 좁아지는 등과 같은 시스템의 설계에 있어서도 문제점이 있다.However, in the above-described thin film type optical path adjusting device described above, the driving angle is reduced and the light efficiency is lowered by reflecting the light beam by driving only a part of the upper electrode. In addition, since the displacement of the actuator including the deformable portion is small, there is a disadvantage that the contrast of the image is reduced because the driving angle of the mirror is small. In addition, there is a problem in the design of the system, such as the gap between the light source and the screen is narrowed because the driving angle of the mirror is small.
따라서 본 발명의 목적은, 서로 반대 방향으로 구동하는 적어도 2개의 액츄에이팅부를 포함하는 액츄에이터를 형성하여 좁은 면적을 가지면서도 거울의 구동 각도를 보다 크게 할 수 있는 박막형 광로 조절 장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a thin film type optical path control apparatus that can form an actuator including at least two actuators driving in opposite directions to increase a driving angle of a mirror while having a narrow area.
도 1은 본 출원인의 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.1 is a plan view of a thin film type optical path adjusting device described in the applicant's prior application.
도 2는 도 1에 도시한 장치를 aa′선으로 자른 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line a′a ′ of the apparatus shown in FIG. 1.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.3 is a plan view of a thin film type optical path control device according to a first embodiment of the present invention.
도 4는 도 3에 도시한 장치를 bb′선으로 자른 단면도이다.FIG. 4 is a cross-sectional view of the apparatus shown in FIG. 3 taken along line b′b ′.
도 5는 도 3에 도시한 장치를 c-c′선으로 자른 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view of the apparatus shown in FIG. 3 taken along line c-c '.
도 6a 내지 도 6c는 도 4에 도시한 장치의 제조 공정도이다.6A to 6C are manufacturing process diagrams of the apparatus shown in FIG. 4.
도 7a 내지 도 7b는 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도이다.7A to 7B are manufacturing process diagrams of the apparatus shown in FIG. 5.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.8 is a plan view of a thin film type optical path control apparatus according to a second embodiment of the present invention.
도 9는 도 8에 도시한 장치를 ee′선으로 자른 단면도이다.FIG. 9 is a cross-sectional view of the apparatus shown in FIG. 8 taken along line e′e ′.
도 10은 도 8에 도시한 장치를 ff′선으로 자른 단면도이다.FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line f ′ f ′ of the apparatus shown in FIG. 8.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의설명〉<Explanation of symbols on the main parts of the drawings>
21:액티브 매트릭스 23:보호층21: active matrix 23: protective layer
25:식각 방지층 27:희생층25: etching prevention layer 27: victim layer
29:제1 하부 멤브레인 31:하부전극29: first lower membrane 31: lower electrode
33:변형부 37, 38:제1 액츄에이팅부33: deformation part 37, 38: 1st actuating part
39:제1 상부 멤브레인 41:제2 액츄에이팅부39: first upper membrane 41: second actuating portion
43:거울 45, 46:제3 액츄에이팅부43: Mirror 45, 46: Third actuating part
47:제2 상부 멤브레인 49, 50:제4 액츄에이팅부47: second upper membrane 49, 50: fourth actuating part
51:제5 액츄에이팅부 53:제2 하부 멤브레인51: 5th actuating part 53: 2nd lower membrane
55:제3 하부 멤브레인55: third lower membrane
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,In order to achieve the above object, the present invention,
M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고, 일측 상부에 패드가 형성된 액티브 매트릭스; 그리고An active matrix having M × N (M, N is an integer) transistors and pads formed on one side thereof; And
ⅰ) 상기 액티브 매트릭스의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 제1 에어갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 적층된 하부전극, ⅱ) 상기 하부전극의 상부에 적층된 변형부, 및 ⅲ) 상기 변형부의 상부에 적층된 상부전극을 각기 포함하고, 서로 반대 방향으로 구동하는 적어도 2개의 액츄에이팅부를 갖는 액츄에이터를 포함하는 박막형 광로 조절 장치를 제공한다.Iii) a lower electrode stacked on one side in contact with an upper portion of the active matrix and the other side parallel to the active matrix via a first air gap, ii) a deformed portion stacked on top of the lower electrode, and iii) the deformed portion. Provided is a thin film type optical path control device including an actuator having a plurality of upper electrodes stacked on top of each other and having at least two actuators driving in opposite directions.
상기 액티브 매트릭스는 ⅰ) 상기 액티브 매트릭스 및 상기 패드의 상부에 적층된 보호층, ⅱ) 상기 보호층의 상부에 적층된 식각 방지층, 그리고 ⅲ) 상기 식각 방지층으로부터 상기 식각 방지층 및 상기 보호층을 통하여 상기 패드까지 수직하게 형성된 플러그를 더 포함한다.The active matrix may include: i) a protective layer stacked on top of the active matrix and the pad, ii) an etch stop layer stacked on top of the protective layer, and iii) the etch stop layer and the protective layer from the etch stop layer. It further comprises a plug vertically formed to the pad.
본 발명의 제1 실시예에 의하면, 상기 액츄에이터는 상기 하부전극의 하단에 제1 에어갭을 개재하여 상기 식각 방지층과 평행하도록 적층된 제1 하부 멤브레인을 갖는 2개의 제1 액츄에이팅부들과, 상기 상부전극의 상부에 적층된 제1 상부 멤브레인 및 상기 상부전극의 일측 상부에 중앙부가 접촉되며 타측이 제2 에어갭을 개재하여 상기 제1 상부 멤브레인과 평행하도록 형성된 거울을 갖는 제2 액츄에이팅부를 더 포함한다.According to the first embodiment of the present invention, the actuator includes two first actuators having a first lower membrane stacked in parallel with the etch stop layer via a first air gap at a lower end of the lower electrode, A second actuator having a first upper membrane stacked on the upper electrode and a central portion in contact with an upper portion of the upper electrode and having a mirror formed on the other side in parallel with the first upper membrane via a second air gap; Includes more wealth.
바람직하게는, 상기 거울은 중앙부에‘U’자 형상의 홈을 가진 평판으로 형성되며, 은(Ag), 또는 알루미늄(Al)으로 구성된다.Preferably, the mirror is formed of a flat plate having a groove having a 'U' shape at the center and is composed of silver (Ag) or aluminum (Al).
예를 들면, 상기 제1 액츄에이팅부들은 상기 제1 하부 멤브레인을 가지고 상기 액티브 매트릭스의 양측 상부에 형성되며, 상기 제2 액츄에이팅부는 상기 제1 상부 멤브레인 및 상기 거울을 가지고 상기 액티브 매트릭스의 중앙 상부에 상기 제1 액츄에이팅부들과 일체로 형성되며, 상기 제1 액츄에이팅부들과 상기 제2 액츄에이팅부가 함께 동일 평면상에서‘W’자 형상을 가진다.For example, the first actuating portions are formed on both sides of the active matrix with the first lower membrane, and the second actuating portion has the first upper membrane and the mirror to form the active matrix. It is formed integrally with the first actuating parts in the upper center, the first actuating parts and the second actuating part together have a 'W' shape on the same plane.
바람직하게는, 상기 제1 액츄에이팅부들과 상기 제2 액츄에이팅부는 서로 반대 방향으로 구동한다.Preferably, the first actuating parts and the second actuating part are driven in opposite directions.
또한 본 발명의 제2 실시예에 의하면, 상기 액츄에이터는 상기 하부전극의 하단에 제1 에어 갭을 개재하여 상기 식각 방지층과 평행하도록 적층된 제2 하부 멤브레인을 각기 갖는 2개의 제3 액츄에이팅부들, 상기 상부전극의 상부에 적층된 제2 상부 멤브레인을 각기 갖는 2개의 제4 액츄에이팅부들, 그리고 상기 하부전극의 하단에 제1 에어 갭을 개재하여 상기 식각 방지층과 평행하도록 적층된 제3 하부 멤브레인과 상기 상부전극의 일측에 중앙부가 접촉되며 일측이 상기 상부전극과 평행하도록 형성된 거울을 갖는 제5 액츄에이팅부를 더 포함한다.In addition, according to the second embodiment of the present invention, the actuator may include two third actuators each having a second lower membrane stacked in parallel with the etch stop layer through a first air gap at a lower end of the lower electrode. Two fourth actuators each having a second upper membrane stacked on the upper electrode, and a third lower stacked parallel to the etch stop layer via a first air gap at a lower end of the lower electrode; The apparatus further includes a fifth actuator having a central portion in contact with one side of the membrane and the upper electrode and having a mirror formed at one side thereof in parallel with the upper electrode.
바람직하게는, 상기 제3 액츄에이팅부들은 상기 액티브 매트릭스의 양측 상부에 형성되며, 상기 제5 액츄에이팅부는 상기 액티브 매트릭스의 중앙 상부에 상기 제3 액츄에이팅부들과 일체로 형성되며, 상기 제4 액츄에이팅부들은 상기 제3 액츄에이팅부들과 상기 제5 액츄에이팅부 사이에 상기 제3 액츄에이팅부들 및 상기 제5 액츄에이팅부와 일체로 형성되며, 상기 제3 액츄에이팅부들, 상기 제4 액츄에이팅부들, 그리고 상기 제5 액츄에이팅부는 함께 동일 평면상에서‘U’자,‘T’자, 그리고‘U’자가 차례로 결합된 형상을 가진다.Preferably, the third actuators are formed on both sides of the active matrix, and the fifth actuators are integrally formed with the third actuators on the center of the active matrix. The fourth actuating parts are integrally formed with the third actuating parts and the fifth actuating part between the third actuating parts and the fifth actuating part, and the third actuating parts. The fourth actuator and the fifth actuator have a shape in which 'U', 'T', and 'U' are sequentially coupled on the same plane.
바람직하게는, 상기 제3 액츄에이팅부들 및 상기 제5 액츄에이팅부와, 상기 제4 액츄에이팅부들은 서로 반대 방향으로 구동한다.Preferably, the third actuating parts, the fifth actuating part and the fourth actuating part are driven in opposite directions to each other.
상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 상기 하부전극에는 화상 신호가 인가되며, 상기 상부전극에는 바이어스 전압이 인가된다. 따라서 상기 상부전극과 하부전극 사이에 전계가 발생하게 된다. 이 전계에 의하여 상부전극과 하부전극 사이의 상기 변형부가 변형을 일으킨다. 상기 변형부는 전계와 수직한 방향으로 수축하게 되며, 이에 따라 상기 제1 액츄에이팅부들이 θ 크기의 구동 각도를 가지고 변형을 일으킨다. 상기 제1 액츄에이팅부들은 상기 제1 하부 멤브레인이 형성되어 있는 방향의 반대쪽으로 휘어진다. 또한, 상기 하부전극에 화상신호가 인가되고 상부전극에 바이어스 전압이 인가될 때, 상기 제2 액츄에이팅부의 변형부도 전계에 수직한 방향으로 수축을 일으킨다. 이에 따라 상기 제2 액츄에이팅부도 θ 크기의 구동 각도를 가지고 변형을 일으킨다. 상기 제2 액츄에이팅부는 상기 제1 상부 멤브레인이 형성된 방향의 반대쪽으로 휘어진다. 상기 제1 액츄에이팅부들과 제2 액츄에이팅부의 구동 각도의 크기는 같고 구동 방향은 서로 반대가 된다. 따라서, 상기 제1 액츄에이팅부들과 제2 액츄에이팅부의 구동 각도의 합은 2θ가 된다. 광원으로부터 입사된 광속을 반사하는 상기 거울은 상기 제2 액츄에이팅부의 상부에 형성되어 있으므로, 2θ 크기의 구동 각도를 가지고 구동하게 된다.In the above-described thin film type optical path adjusting device according to the first embodiment of the present invention, an image signal is applied to the lower electrode, and a bias voltage is applied to the upper electrode. Therefore, an electric field is generated between the upper electrode and the lower electrode. By this electric field, the deformation portion between the upper electrode and the lower electrode causes deformation. The deformable portion contracts in a direction perpendicular to the electric field, thereby causing the first actuating portions to deform with a driving angle having a magnitude of θ. The first actuating parts are bent in a direction opposite to the direction in which the first lower membrane is formed. In addition, when an image signal is applied to the lower electrode and a bias voltage is applied to the upper electrode, the deformed portion of the second actuating portion also causes contraction in a direction perpendicular to the electric field. Accordingly, the second actuating part also causes deformation with a driving angle of θ size. The second actuating portion is bent in a direction opposite to the direction in which the first upper membrane is formed. The driving angles of the first actuating parts and the second actuating parts are the same in magnitude and the driving directions are opposite to each other. Therefore, the sum of the driving angles of the first actuating parts and the second actuating parts is 2θ. Since the mirror reflecting the light beam incident from the light source is formed on the second actuating part, the mirror is driven with a driving angle of 2θ.
또한 상술한 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 전계가 발생하여 상기 변형부가 변형을 일으키게 되는 과정은 제1 실시예의 경우와 동일하다. 따라서 상기 제3 액츄에이팅부들의 변형부는 전계와 수직한 방향으로 수축하게 되며, 이에 따라 상기 제3 액츄에이팅부들이 θ 크기의 구동 각도를 가지고 휘게된다. 상기 제3 액츄에이팅부들은 상기 제2 하부 멤브레인이 형성되어 있는 방향의 반대쪽으로 휘어진다. 동시에 상기 제4 액츄에이팅부들의 변형부도 전계에 수직한 방향으로 수축을 일으킨다. 이에 따라 상기 제4 액츄에이팅부들도 θ 크기의 구동 각도를 가지고 변형을 일으킨다. 상기 제4 액츄에이팅부들은 상기 제2 상부 멤브레인이 형성된 방향의 반대쪽으로 휘어진다. 또한 상기 제5 액츄에이팅부의 변형부도 변형을 일으킨다. 따라서 상기 제5 액츄에이팅부도 θ 크기의 구동 각도를 가지고 변형을 일으킨다. 상기 제5 액츄에이팅부는 제3 하부 멤브레인이 형성된 방향의 반대쪽으로 휘어진다. 상기 제3 액츄에이팅부들과 제5 액츄에이팅부의 구동 각도의 크기와 구동 방향이 서로 같다. 이에 비하여, 상기 제4 액츄에이팅부들은 구동 각도의 크기는 같지만 구동 방향은 상기 제3 액츄에이팅부들 및 제5 액츄에이팅부의 구동 방향과 반대 방향이 된다. 따라서 상기 제3 액츄에이팅부들, 제4 액츄에이팅부 및 제5 액츄에이팅부의 구동 각도의 합은 3θ가 된다. 광원으로부터 입사된 광속을 반사하는 상기 거울은 상기 제5 액츄에이팅부의 상부에 형성되어 있으므로, 3θ 크기의 구동 각도를 가지고 구동하게 된다.In addition, in the above-described thin film type optical path control apparatus according to the second embodiment of the present invention, a process in which an electric field is generated to cause deformation of the deformation part is the same as in the first embodiment. Therefore, the deformable parts of the third actuating parts contract in a direction perpendicular to the electric field, and thus the third actuating parts are bent at a driving angle having a magnitude of θ. The third actuating parts are bent in a direction opposite to the direction in which the second lower membrane is formed. At the same time, the deformed portions of the fourth actuating portions also cause contraction in a direction perpendicular to the electric field. Accordingly, the fourth actuators also cause deformation with a driving angle of θ. The fourth actuating parts are bent in a direction opposite to the direction in which the second upper membrane is formed. In addition, the deformation portion of the fifth actuating portion also causes deformation. Therefore, the fifth actuating part also causes deformation with a driving angle of θ. The fifth actuating part is bent in a direction opposite to the direction in which the third lower membrane is formed. The magnitude and the driving direction of the driving angles of the third and fifth actuators are the same. In contrast, the fourth actuating parts have the same driving angle but the driving direction is opposite to the driving directions of the third actuating parts and the fifth actuating parts. Therefore, the sum of the driving angles of the third actuating parts, the fourth actuating part, and the fifth actuating part is 3θ. Since the mirror reflecting the light beam incident from the light source is formed on the fifth actuator, the mirror is driven with a driving angle of 3θ.
그러므로, 상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는, 좁은 면적을 가지면서도 선행 출원에 기재된 광로 조절 장치에 비해 2∼3배 이상의 구동 각도로 거울을 구동시킬 수 있다. 이에 의하여, 광원으로부터 입사되는 광속의 광효율을 높일 수 있으며, 콘트라스트를 향상시켜 밝고 선명한 화상을 맺을 수 있다. 또한 시스템의 설계에 있어서도 광원과 스크린과의 간격을 넓게 하여 시스템의 설계를 용이하게 할 수 있다.Therefore, the above-described thin film type optical path adjusting device according to the present invention can drive the mirror at a driving angle of 2 to 3 times or more as compared to the optical path adjusting device described in the preceding application while having a narrow area. As a result, the light efficiency of the light beam incident from the light source can be increased, and the contrast can be improved to form a bright and clear image. Also, in the design of the system, it is possible to facilitate the design of the system by widening the distance between the light source and the screen.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
실시예 1Example 1
도 3은 본 발명의 제1 실시예 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이고, 도 4는 도 3에 도시한 장치를 bb′선으로 자른 단면도를 도시한 것이며, 도 5는 도 3에 도시한 장치를 cc′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다. 또한, 도 6a 내지 도 6c는 도 4에 도시한 장치의 제조 공정도이며, 도 7a 내지 도 7b는 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도이다. 도 4 및 도 5에 있어서, 도 3과 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.3 is a plan view showing a thin film type optical path adjusting device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line bb ′ of the device shown in FIG. 3, and FIG. 5 is shown in FIG. 3. A cross-sectional view of a device cut in cc 'lines is shown. 6A to 6C are manufacturing process diagrams of the apparatus shown in FIG. 4, and FIGS. 7A to 7B are manufacturing process diagrams of the apparatus shown in FIG. 5. 4 and 5, the same reference numerals are used for the same members as in FIG.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(21)와 액티브 매트릭스(21)의 양측 상부에 형성된 2개의 제1 액츄에이팅부들(37)(38)들 및 액티브 매트릭스(21)의 중앙 상부에 형성된 제2 액츄에이팅부(41)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the thin film type optical path adjusting device according to the present embodiment includes the active matrix 21 and the two first actuating parts 37 and 38 formed on both sides of the active matrix 21 and the active matrix. And a second actuating portion 41 formed at the center upper portion of the 21.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 액티브 매트릭스(21)는 액티브 매트릭스(21)의 일측 상부에 형성된 패드(22), 액티브 매트릭스(21) 및 패드(22)의 상부에 적층된 보호층(23), 상기 보호층(23)의 상부에 형성된 식각 방지층(25), 그리고 상기 식각 방지층(25)의 표면으로부터 상기 보호층(23)을 통하여 패드(22)까지 수직하게 형성된 플러그(24)를 포함한다.3 and 4, the active matrix 21 may include a pad 22 formed on one side of the active matrix 21, an active matrix 21, and a protective layer 23 stacked on the pad 22. ), An etch stop layer 25 formed on the passivation layer 23, and a plug 24 formed vertically from the surface of the etch stop layer 25 to the pad 22 through the passivation layer 23. do.
상기 2개의 제1 액츄에이팅부들(37)(38)은 각기 상기 식각 방지층(25)과 일측이 접촉되며 타측이 제1 에어갭(26)을 개재하여 상기 식각 방지층(25)과 평행하게 적층된 하부전극(31), 상기 하부전극(31)의 하단에 형성된 제1 하부 멤브레인(29), 상기 하부전극(31)의 상부에 형성된 변형부(33), 그리고 상기 변형부(33)의 상부에 형성된 상부전극(35)으로 구성된다.The two first actuating parts 37 and 38 are respectively in contact with the etch stop layer 25, and the other side thereof is stacked in parallel with the etch stop layer 25 via the first air gap 26. The lower electrode 31, the first lower membrane 29 formed at the lower end of the lower electrode 31, the deformable part 33 formed on the lower electrode 31, and the upper part of the deformable part 33. It consists of an upper electrode 35 formed in.
제2 액츄에이팅부(41)는 하부전극(31), 변형부(33), 상부전극(35), 제1 상부 멤브레인(39), 그리고 거울(43)로 구성된다. 제2 액츄에이팅부(41)의 하부전극(31), 변형부(33) 및 상부전극(35)은 각기 제1 액츄에이팅부들(37)(38)의 하부전극(31), 변형부(33) 및 상부전극(35)과 일체로 형성된 부재들이다. 제2 액츄에이팅부(41)의 제1 상부 멤브레인(39)은 상기 상부전극(35)의 상부에 적층된다. 또한 상기 제2 액츄에이팅부(41)의 상부전극(35)의 일측 상부에는, 중앙부가 접촉되며 일측이 제2 에어갭(42)을 개재하여 상기 제1 상부 멤브레인(39)과 평행하도록 거울(43)이 형성된다. 상기 거울(43)은 중앙부에‘U’자 형상의 홈을 가진 평판으로 구성되며, 일측이 상기 제1 상부 멤브레인(39)을 덮고, 타측이 인접한 액츄에이터의 일부를 덮도록 형성된다. 또한 도 3 및 도 5를 참조하면, 상기 2개의 제1 액츄에이팅부들(37)(38)과 제2 액츄에이팅부(41)는 함께 동일 평면상에서‘W’자 형상을 가지며 형성되어 액츄에이터를 구성한다.The second actuating part 41 includes a lower electrode 31, a deformable part 33, an upper electrode 35, a first upper membrane 39, and a mirror 43. The lower electrode 31, the deformable part 33, and the upper electrode 35 of the second actuating part 41 are respectively the lower electrode 31 and the deformable part of the first actuating parts 37 and 38. 33) and members formed integrally with the upper electrode 35. The first upper membrane 39 of the second actuating part 41 is stacked on the upper electrode 35. In addition, a central portion is in contact with an upper portion of the upper electrode 35 of the second actuating portion 41, and one side of the second actuating portion 41 is disposed in parallel with the first upper membrane 39 via the second air gap 42. 43) is formed. The mirror 43 is formed of a flat plate having a groove having a 'U' shape in a central portion, and one side of the mirror 43 covers the first upper membrane 39 and the other side covers a portion of an adjacent actuator. Also, referring to FIGS. 3 and 5, the two first actuating parts 37 and 38 and the second actuating part 41 are formed together with a 'W' shape on the same plane to form an actuator. Configure.
이하 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 공정을 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a manufacturing process of the thin film type optical path control device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
도 6a를 참조하면, M×N(M, N은 정수) MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장된 액티브 매트릭스(21)의 상부에 패드(22)를 형성한다. 패드(22)는 텅스텐 등으로 구성되며, 액티브 매트릭스(21)에 내장된 MOS 트랜지스터와 전기적으로 연결된다. 상기 액티브 매트릭스(21) 및 패드(22)의 상부에 인 실리케이트 유리(Phosphor Silicate Glass:PSG)를 구성된 보호층(23)을 적층한다. 상기 보호층(23)은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition:CVD) 방법을 이용하여 1.0∼2.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 보호층(23)은 후속하는 공정으로부터 상기 액티브 매트릭스(21)가 손상되는 것을 방지한다. 식각 방지층(25)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD:LPCVD) 방법을 이용하여 상기 보호층(23)의 상부에 2000Å 정도의 두께를 가지도록 적층된다. 상기 식각 방지층(25)은 후에 형성되는 희생층(27)을 식각할 때, 상기 액티브 매트릭스(21)가 식각되어 손상을 입게 되는 것을 방지한다. 이어서, 식각 방지층(25) 및 보호층(23) 중 아래에 패드(22)가 형성되어 있는 부분을 식각한 후, 텅스텐 또는 티타늄 등의 금속을 리프트-오프(lift-off) 방법을 이용하여 플러그(24)를 형성한다. 플러그(24)는 상기 패드(22)와 전기적으로 연결되어 액티브 매트릭스(21)에 내장된 트랜지스터로부터 발생한 화상 신호를 하부전극(31)에 전달한다.Referring to FIG. 6A, a pad 22 is formed on an active matrix 21 in which an M × N (M, N is an integer) MOS transistor (not shown) is formed. The pad 22 is made of tungsten or the like and is electrically connected to the MOS transistor embedded in the active matrix 21. A protective layer 23 composed of Phosphor Silicate Glass (PSG) is laminated on the active matrix 21 and the pad 22. The protective layer 23 is formed to have a thickness of about 1.0 to about 2.0 μm using a chemical vapor deposition (CVD) method. The protective layer 23 prevents the active matrix 21 from being damaged from subsequent processes. The etch stop layer 25 is deposited to have a thickness of about 2000 kPa on the upper portion of the protective layer 23 by using a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method. The etch stop layer 25 prevents the active matrix 21 from being etched and damaged when etching the sacrificial layer 27 formed later. Subsequently, after etching the portion of the anti-etching layer 25 and the protective layer 23 on which the pads 22 are formed, the metal, such as tungsten or titanium, is plugged using a lift-off method. To form (24). The plug 24 is electrically connected to the pad 22 to transfer the image signal generated from the transistor embedded in the active matrix 21 to the lower electrode 31.
상기 식각 방지층(25) 및 플러그(24)의 상부에 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD:APCVD) 방법을 이용하여 1.0∼2.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 희생층(27)을 적층한다. 이 경우, 인 실리케이트 유리(PSG)로 구성된 희생층(27)은 MOS 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(21)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 상기 희생층(27)의 표면을 스핀 온 글래스(Spin On Coating:SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 희생층(27)의 일부를 식각하여, 상기 식각 방지층(25) 중 플러그(24)가 형성된 부분을 노출시킨다.Silicate glass (PSG) on top of the etch stop layer 25 and the plug 24 to have a thickness of about 1.0 ~ 2.0㎛ by using the Atmospheric Pressure CVD (APCVD) method. The sacrificial layer 27 is laminated. In this case, the sacrificial layer 27 made of in-silicate glass (PSG) covers the upper portion of the active matrix 21 in which the MOS transistor is embedded, so that the surface flatness is very poor. Accordingly, the surface of the sacrificial layer 27 is planarized by using a spin on coating (SOG) method or a chemical mechanical polishing (CMP) method. Subsequently, a portion of the sacrificial layer 27 is etched to expose a portion where the plug 24 is formed in the etch stop layer 25.
도 6b를 참조하면, 상기 희생층(27)의 일측 상부에 질화물로 구성된 제1 하부 멤브레인(29)을 적층한다. 제1 하부 멤브레인(29)은 상기 식각 방지층(25)이 노출된 부분을 제외한 희생층(27)의 상부에 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다.Referring to FIG. 6B, a first lower membrane 29 made of nitride is stacked on one side of the sacrificial layer 27. The first lower membrane 29 has a thickness of about 1.0 to 1.0 μm using a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method on the sacrificial layer 27 except for the portion where the etch stop layer 25 is exposed. Form to have.
이어서, 일측이 상기 식각 방지층(25)이 노출된 부분에 접촉되고, 타측이 상기 제1 하부 멤브레인(29)의 상부에 접촉되도록 하부전극(31)을 적층한다. 하부전극(31)은 백금(Pt), 또는 티타늄(Ti) 등을 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 따라서, 하부전극(31)은 상기 패드(22) 및 플러그(24)를 통하여 액티브 매트릭스(21)내에 내장된 트랜지스터와 전기적으로 연결된다.Subsequently, the lower electrode 31 is stacked such that one side contacts the exposed portion of the etch stop layer 25 and the other side contacts the upper portion of the first lower membrane 29. The lower electrode 31 is formed to have a thickness of about 500 to 2000 micrometers by using a sputtering method of platinum (Pt) or titanium (Ti). Accordingly, the lower electrode 31 is electrically connected to the transistor embedded in the active matrix 21 through the pad 22 and the plug 24.
도 6c를 참조하면, 상기 하부전극(27)의 상부에 변형부(33)를 적층한다. 변형부(33)는 PZT, 또는 PLZT 등의 압전 세라믹이나 PMN 등의 전왜 세라믹을 사용하여 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 변형부(33)는 졸-겔(Sol-gel)법을 이용하여 형성한 후, 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing:RTA) 방법을 이용하여 열처리하여 상변이시킨다. 상부전극(35)은 상기 변형부(33)의 상부에 적층된다. 상기 상부전극(35)은 알루미늄, 또는 은 등의 전기 전도성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 그리고, 상기 희생층(27)을 플루오르화수소(HF) 증기를 사용하는 식각 방법으로 식각하여 제1 에어갭(26)을 형성하여 제1 액츄에이팅부(37)를 완성한다.Referring to FIG. 6C, the deformation part 33 is stacked on the lower electrode 27. The deformable portion 33 is formed to have a thickness of about 0.01 to 1.0 µm using piezoelectric ceramics such as PZT or PLZT, or electrodistortion ceramics such as PMN. The deformable portion 33 is formed by using a sol-gel method, and then subjected to a phase change by heat treatment using a rapid thermal annealing (RTA) method. The upper electrode 35 is stacked on the deformable portion 33. The upper electrode 35 is formed of a metal having excellent electrical conductivity, such as aluminum or silver, to have a thickness of about 500 to 2000 kW using a sputtering method. In addition, the sacrificial layer 27 is etched by an etching method using hydrogen fluoride (HF) vapor to form a first air gap 26 to complete the first actuating part 37.
제2 액츄에이팅부(41)를 제조하는 공정에 있어서, 상기 제1 하부 멤브레인(29)을 형성하는 공정을 제외하면, 하부전극(31), 변형부(33) 및 상부전극(35)을 적층하는 공정은 상기 제1 액츄에이팅부(37)를 제조하는 공정과 동일하다. 도 7a 내지 도 7b에 있어서, 도 6a 내지 도 6c와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.In the process of manufacturing the second actuating part 41, except for the process of forming the first lower membrane 29, the lower electrode 31, the deformable part 33, and the upper electrode 35 are stacked. The process is the same as the process of manufacturing the first actuating unit 37. In Figs. 7A to 7B, the same reference numerals are used for the same members as Figs. 6A to 6C.
도 7a를 참조하면, 상기 상부전극(35)의 상부 중앙에 제1 상부 멤브레인(39)을 적층한다. 제1 상부 멤브레인(39)은 상기 제1 액츄에이팅부(37)의 제1 하부 멤브레인(29)과 동일한 재료인 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다.Referring to FIG. 7A, a first upper membrane 39 is stacked on the upper center of the upper electrode 35. The first upper membrane 39 is formed of the same material as that of the first lower membrane 29 of the first actuating portion 37 by using a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method. Form to have a thickness of about.
도 7B를 참조하면, 상기 상부전극(35)의 일측 상부에 거울(43)을 형성하여 제2 액츄에이팅부(41)를 완성한다. 상기 거울(43)은 알루미늄, 또는 은 등의 금속을 통상의 포토리쏘그래피(photolithography) 방법 및 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼1000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 거울(43)은 중앙부에 ‘U’자형의 홈이 형성된 평판의 형태이다. 상기 거울(43)은 상부전극(35)의 일측 상부에 중앙부가 접촉되며, 그 일측이 제2 에어갭(42)을 개재하여 상기 제1 상부 멤브레인(39)과 평행하도록 형성된다. 상기 거울(43)은 중앙부에‘U’자형의 홈이 형성된 평판의 형상을 가지며, 상기 제1 상부 멤브레인(39) 및 인접한 액츄에이터의 일부를 덮도록 형성된다.Referring to FIG. 7B, a mirror 43 is formed on one side of the upper electrode 35 to complete the second actuating part 41. The mirror 43 is formed of a metal such as aluminum or silver to have a thickness of about 500 to 1000 mm by using a conventional photolithography method and sputtering method. The mirror 43 is in the form of a flat plate formed with a 'U' shaped groove in the center. The mirror 43 has a central portion in contact with an upper portion of one side of the upper electrode 35, and one side thereof is formed to be parallel to the first upper membrane 39 via the second air gap 42. The mirror 43 has a shape of a flat plate having a U-shaped groove in a central portion thereof, and is formed to cover a portion of the first upper membrane 39 and an adjacent actuator.
상술한 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 하부전극(31)에는 액티브 매트릭스(21)에 내장되어 있는 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)로부터 발생한 화상 신호가 인가되며, 상부전극(35)에는 바이어스 전압이 인가된다. 따라서 상부전극(35)과 하부전극(31) 사이에 전계가 발생하게 된다. 이 전계에 의하여 상부전극(35)과 하부전극(31) 사이의 변형부(33)가 변형을 일으킨다. 변형부(33)는 전계와 수직한 방향으로 수축하게 되며, 이에 따라 제1 액츄에이팅부들(37)(38)이 θ 크기의 구동 각도를 가지고 변형을 일으킨다. 제1 액츄에이팅부들(37)(38)은 제1 하부 멤브레인(29)이 형성되어 있는 방향의 반대쪽으로 휘어진다. 또한, 하부전극(31)에 액티브 매트릭스(21) 내의 MOS 트랜지스터로부터 발생한 화상 신호가 인가되고 상부전극(35)에는 바이어스 전압이 인가될 때, 제2 액츄에이팅부(41)의 변형부(33)도 전계에 수직한 방향으로 수축을 일으킨다. 이에 따라 제2 액츄에이팅부(41)도 θ 크기의 구동 각도를 가지고 변형을 일으킨다. 제2 액츄에이팅부(41)는 제1 상부 멤브레인(39)이 형성된 방향의 반대쪽으로 휘어진다. 제1 액츄에이팅부들(37)(38)과 제2 액츄에이팅부(41)의 구동 각도의 크기는 같고 구동 방향은 서로 반대가 된다. 따라서, 제 1 액츄에이팅부들(37)(38)과 제2 액츄에이팅부(41)의 구동 각도의 합은 2θ가 된다. 광원으로부터 입사된 광속을 반사하는 거울(43)은 제2 액츄에이팅부(41)의 상부에 형성되어 있으므로, 2θ 크기의 구동 각도를 가지고 구동하게 된다.In the above-described thin film type optical path control device according to the present embodiment, an image signal generated from a MOS transistor (not shown) embedded in the active matrix 21 is applied to the lower electrode 31, and to the upper electrode 35. A bias voltage is applied. Therefore, an electric field is generated between the upper electrode 35 and the lower electrode 31. The deformation part 33 between the upper electrode 35 and the lower electrode 31 causes deformation by this electric field. The deformable portion 33 contracts in a direction perpendicular to the electric field, thereby causing the first actuating portions 37 and 38 to deform with a driving angle of θ. The first actuating parts 37 and 38 are bent in the opposite direction to the direction in which the first lower membrane 29 is formed. Further, when the image signal generated from the MOS transistor in the active matrix 21 is applied to the lower electrode 31 and the bias voltage is applied to the upper electrode 35, the deformable portion 33 of the second actuating portion 41 is applied. Contraction occurs in the direction perpendicular to the electric field. Accordingly, the second actuating part 41 also causes deformation with a driving angle of θ. The second actuating portion 41 is bent in a direction opposite to the direction in which the first upper membrane 39 is formed. The driving angles of the first actuating parts 37 and 38 and the second actuating part 41 are the same in magnitude and the driving directions are opposite to each other. Therefore, the sum of the driving angles of the first actuating parts 37 and 38 and the second actuating part 41 is 2θ. Since the mirror 43 reflecting the light beam incident from the light source is formed on the second actuating part 41, the mirror 43 is driven with a driving angle of 2θ.
실시예 2Example 2
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이고, 도 9는 도 8에 도시한 장치를 ee′선으로 자른 단면도를 도시한 것이며, 도 10은 도 8에 도시한 장치를 ff′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다. 도 8에 도시한 장치를 d-d′선으로 자른 단면도는 도 4와 동일하다. 도 8, 도 9 및 도 10에 있어서, 도 3, 도 4 및 도 5와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.FIG. 8 is a plan view showing a thin film type optical path adjusting device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 9 is a sectional view taken along line ee ′ of the device shown in FIG. 8, and FIG. The cross-sectional view which cut | disconnected the apparatus shown by the ff 'line is shown. 8 is a cross-sectional view of the apparatus shown in FIG. 8 taken along the line d-d '. In Figs. 8, 9 and 10, the same reference numerals are used for the same members as Figs. 3, 4 and 5.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(21), 액티브 매트릭스(21)의 양측 상부에 형성된 2개의 제3 액츄에이팅부들(45)(46), 액티브 매트릭스(21)의 중앙 상부에 상기 2개의 제3 액츄에이팅부들(45)(46)과 일체로 형성된 제5 액츄에이팅부(51), 그리고 상기 제3 액츄에이팅부들(45)(46) 및 제5 액츄에이팅부(51)의 사이에 상기 2개의 제3 액츄에이팅부들(45)(46) 및 제5 액츄에이팅부(51)와 일체로 형성된 2개의 제4 액츄에이팅부들(49)(50)을 포함한다. 따라서 상기 제3 액츄에이팅부들(45)(46), 제4 액츄에이팅부들(49)(50) 및 제5 액츄에이팅부(51)는 동일 평면상에서‘U’자,‘T’자, 그리고‘U’자가 차례로 결합된 형상을 가진다.Referring to FIG. 8, the thin film type optical path adjusting device according to the present embodiment includes an active matrix 21, two third actuating parts 45 and 46 formed on both sides of the active matrix 21, and an active matrix ( A fifth actuating part 51 integrally formed with the two third actuating parts 45 and 46 and a third actuating part 45 and 46 and a first part in a central upper portion of the 21; Two fourth actuating parts 49 formed integrally with the two third actuating parts 45 and 46 and the fifth actuating part 51 between the five actuating parts 51 ( 50). Accordingly, the third actuating parts 45 and 46, the fourth actuating parts 49 and 50, and the fifth actuating part 51 may be 'U', 'T', on the same plane. In addition, the 'U' has a shape in which it is coupled in turn.
본 실시예에 있어서, 상기 제3 액츄에이팅부들(45)(46)의 구성 및 제조 방법은 도 4 및 도 6a 내지 도 6c에 도시한 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 액츄에이팅부(37)와 동일하다. 또한, 도 9에 도시한 본 실시예에 따른 제4 액츄에이팅부(49)는, 상부에 거울(43)이 형성되어 있는 것을 제외하면, 도 5 및 도 7a 내지 도 7b에 도시한 제2 액츄에이팅부(41)와 그 구성 및 제조 방법이 동일하다.In the present embodiment, the configuration and manufacturing method of the third actuating parts 45 and 46 is a first actuating part according to the first embodiment of the present invention shown in Figs. 4 and 6a to 6c. Same as (37). In addition, the fourth actuating part 49 according to the present embodiment shown in FIG. 9 is the second actuating part shown in FIGS. 5 and 7A to 7B except that the mirror 43 is formed on the upper portion. The composition 41 and its construction and manufacturing method are the same.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 제4 액츄에이팅부들(49)(50)은 상기 제3 액츄에이팅부들(45)(46)의 하부전극(31), 변형부(33) 및 상부전극(35)과 일체로 형성된 부재들인 하부전극(31), 변형부(33) 및 상부전극(35)을 포함한다. 상기 상부전극(35)의 상부에는 제2 상부 멤브레인(47)이 적층된다. 제2 상부 멤브레인(47)의 구성 및 제조 방법은 도 7a에 도시한 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 액츄에이팅부(41)의 제1 상부 멤브레인(39)과 동일하다.8 and 9, the fourth actuating parts 49 and 50 according to the present exemplary embodiment may include the lower electrode 31 and the deformable part of the third actuating parts 45 and 46. 33) and a lower electrode 31, a deformable portion 33, and an upper electrode 35, which are integrally formed with the upper electrode 35. The second upper membrane 47 is stacked on the upper electrode 35. The construction and manufacturing method of the second upper membrane 47 is the same as the first upper membrane 39 of the second actuating portion 41 according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 7A.
도 8 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 제5 액츄에이팅부(51)는, 상기 제3 액츄에이팅부들(45)(46) 및 제4 액츄에이팅부들(49)(50)의 하부전극(31), 변형부(33), 그리고 상부전극(35)과 각기 일체로 형성된 하부전극(31), 변형부(33), 그리고 상부전극(35)을 포함한다. 도 10에 도시한 바와 같이, 제5 액츄에이팅부(51)는 상부에 거울(43)이 형성되어 있는 것을 제외하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 액츄에이팅부(37)와 그 구성 및 제조 방법이 동일하다.8 and 10, the fifth actuating part 51 according to the present embodiment includes the third actuating parts 45 and 46 and the fourth actuating parts 49 and 50. The lower electrode 31, the deformable part 33, and the lower electrode 31, the deformable part 33, and the upper electrode 35 formed integrally with the upper electrode 35, respectively. As shown in FIG. 10, the fifth actuating part 51 has a first actuating part 37 according to the first embodiment of the present invention, except that a mirror 43 is formed on the upper part of the fifth actuating part 51. The configuration and manufacturing method are the same.
상기 제5 액츄에이팅부(51)의 하부전극(33)의 하단에는 제1 액츄에이팅부(37)의 제1 하부 멤브레인(29)과 동일한 제3 하부 멤브레인(55)이 형성되어 있다. 제3 하부 멤브레인(55)의 구성 물질 및 제조 방법은 제1 실시예에 따른 제1 액츄에이팅부(37)의 제1 하부 멤브레인(29)과 동일하다. 상기 제5 액츄에이팅부(51)의 상부전극(35)의 일측 상부에는 거울(43)이 형성되어 있다. 상기 거울(43)의 구성 물질 및 제조 방법은, 도 5에 도시한 제1 실시예에 따른 제2 액츄에이팅부(41)의 거울(43)과 동일하다.A third lower membrane 55, which is the same as the first lower membrane 29 of the first actuating unit 37, is formed at a lower end of the lower electrode 33 of the fifth actuating unit 51. The material and the manufacturing method of the third lower membrane 55 are the same as the first lower membrane 29 of the first actuating portion 37 according to the first embodiment. A mirror 43 is formed on one side of the upper electrode 35 of the fifth actuating part 51. The material and the manufacturing method of the mirror 43 are the same as the mirror 43 of the second actuating part 41 according to the first embodiment shown in FIG.
상술한 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서 전계가 발생하여 변형부가(33)가 변형을 일으키게 되는 과정은 제 1실시예의 경우와 동일하다. 그러므로 제3 액츄에이팅부(45)(46)의 변형부(33)는 전계와 수직한 방향으로 수축하게 되며, 이에 따라 제3 액츄에이팅부들(45)(46)이 θ 크기의 구동 각도를 가지고 변형을 일으킨다. 제3 액츄에이팅부들(45)(46)은 제2 하부 멤브레인(53)이 형성되어 있는 방향의 반대쪽으로 휘어진다. 동시에 제4 액츄에이팅부들(49)(50)의 변형부(33)도 전계에 수직한 방향으로 수축을 일으킨다. 이에 따라 제4 액츄에이팅부들(49)(50)도 θ 크기의 구동 각도를 가지고 변형을 일으킨다. 제4 액츄에이팅부들(49)(50)는 제2 상부 멤브레인(47)이 형성된 방향의 반대쪽으로 휘어진다. 또한 제5 액츄에이팅부(51)의 변형부(33)도 변형을 일으킨다. 따라서 제5 액츄에이팅부(51)도 θ 크기의 구동 각도를 가지고 변형을 일으킨다. 제5 액츄에이팅부(51)는 제3 하부 멤브레인(55)이 형성된 방향의 반대쪽으로 휘어진다. 상기 제3 액츄에이팅부들(45)(46)와 제5 액츄에이팅부(51)의 구동 각도의 크기와 구동 방향은 서로 같다. 이에 비하여, 제4 액츄에이팅부들(49)(50)은 구동 각도의 크기는 같지만 구동 방향은 제3 액츄에이팅부들(45)(46) 및 제5 액츄에이팅부(51)의 구동 방향과 반대 방향이 된다. 따라서 상기 제3 액츄에이팅부들(45)(46), 제4 액츄에이팅부들(49)(50) 및 제5 액츄에이팅부(51)의 구동 각도의 합은 3θ가 된다. 광원으로부터 입사된 광속을 반사하는 거울(43)은 제5 액츄에이팅부(51)의 상부에 형성되어 있으므로 3θ 크기의 구동 각도를 가지고 구동하게 된다.In the above-described thin film type optical path control device according to the present embodiment, a process in which the deformation part 33 causes deformation by generating an electric field is the same as in the first embodiment. Therefore, the deformable portion 33 of the third actuating parts 45 and 46 contracts in a direction perpendicular to the electric field, so that the third actuating parts 45 and 46 are driven at a driving angle of θ. To cause deformation. The third actuating parts 45 and 46 are bent in a direction opposite to the direction in which the second lower membrane 53 is formed. At the same time, the deformation part 33 of the fourth actuating parts 49 and 50 also causes contraction in the direction perpendicular to the electric field. Accordingly, the fourth actuating parts 49 and 50 also cause deformation with a driving angle of θ. The fourth actuating parts 49 and 50 are bent in the opposite direction to the direction in which the second upper membrane 47 is formed. In addition, the deformation part 33 of the fifth actuating part 51 also causes deformation. Therefore, the fifth actuating part 51 also causes deformation with a driving angle of θ. The fifth actuating part 51 is bent in the opposite direction to the direction in which the third lower membrane 55 is formed. The magnitude and the driving direction of the driving angles of the third actuating parts 45 and 46 and the fifth actuating part 51 are the same. In contrast, the fourth actuating parts 49 and 50 have the same driving angle but the driving direction is the same as the driving direction of the third actuating parts 45 and 46 and the fifth actuating part 51. In the opposite direction. Therefore, the sum of the driving angles of the third actuating parts 45 and 46, the fourth actuating parts 49 and 50, and the fifth actuating part 51 is 3θ. Since the mirror 43 reflecting the light beam incident from the light source is formed on the fifth actuator 51, the mirror 43 is driven at a driving angle of 3θ.
본 발명에 따른 제1 실시예 및 제2 실시예와 같은 방법을 적용할 경우, 7개의 액츄에이팅부들로 구성됨으로서 4θ의 구동 각도를 가지는 박막형 광로 조절 장치를 만들 수 있다. 더욱이, 9개의 액츄에이팅부들로 구성됨으로서 5θ의 구동 각도를 가지는 박막형 광로 조절 장치도 제조할 수 있으며, 상기와 같은 방법으로 더욱 많은 액츄에이팅부들로 구성됨으로서 더욱 큰 구동 각도를 가지는 박막형 광로 조절 장치를 제조할 수 있을 것이다.When the same method as the first and second embodiments of the present invention is applied, a thin film type optical path control device having a driving angle of 4θ can be made by being composed of seven actuators. Moreover, the thin film type optical path adjusting device having the driving angle of 5θ can be manufactured by being composed of nine actuating parts, and the thin film type optical path adjusting device having the larger driving angle can be manufactured by being composed of more actuators in the above manner. The device may be manufactured.
그러므로, 상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는, 좁은 면적을 가지면서도 선행 출원에 기재된 광로 조절 장치에 비하여 2∼3배 이상의 구동 각도를 가지고 거울을 구동시킬 수 있다. 따라서 광원으로부터 입사되는 광속의 광효율을 높일 수 있으며, 콘트라스트를 향상시켜 밝고 선명한 화상을 맺을 수 있다. 또한 시스템의 설계에 있어서도 광원과 스크린과의 간격을 넓게 하여 시스템의 설계를 용이하게 할 수 있다.Therefore, the thin film type optical path adjusting device according to the present invention described above can drive the mirror with a driving angle of 2 to 3 times or more as compared with the optical path adjusting device described in the preceding application while having a narrow area. Therefore, the light efficiency of the light beam incident from the light source can be increased, and the contrast can be improved to form a bright and clear image. Also, in the design of the system, it is possible to facilitate the design of the system by widening the distance between the light source and the screen.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예들에 의하여 상세하게 설명 및 도시하였지만, 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적인 범위 내에서 이를 변형하는 것이나 개량하는 것이 가능하다.As mentioned above, although the present invention has been described and illustrated in detail by the preferred embodiments, the present invention is not limited thereto, and it is possible for a person skilled in the art to modify or improve the present invention within a normal range. .
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