KR19990084638A - 박막형 광로 조절 장치 - Google Patents

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Abstract

액츄에이터의 구동 안정성을 확보할 수 있는 박막형 광로 조절 장치가 개시되어 있다. 상기 박막형 광로 조절 장치는 제1 모스 트랜지스터와 인접하여 형성된 제2 모스 트랜지스터를 구비하며, 상기 제1 및 제2 모스 트랜지스터의 게이트와 게이트 라인이 전기적으로 연결되고, 상기 제1 모스 트랜지스터의 드레인으로부터 전기적으로 연결되는 제1 드레인 패드에 의해서 액츄에이터의 하부 전극과 전기적으로 연결되며, 상기 액츄에이터의 상부 전극과 상기 제2 모스 트랜지스터의 소오스 패드가 전기적으로 연결되고, 상기 제2 모스 트랜지스터의 제2 드레인 패드가 공통 전극 라인을 전기적으로 연결시키는 구조를 가진다. 상부 전극과 공통 전극 라인 사이에 제2 모스 트랜지스터를 개재시킴으로써, 게이트 온 시, 변형층 양단의 상부 전극 및 하부 전극에 임의의 전압을 가하고, 게이트 오프 시에는 상부 및 하부 전극 모두를 전기적으로 차단할 수 있게 되어, 게이트 온 및 오프 시의 인접 화소의 영향이나 커플링 효과를 제거하여, 안정적인 액츄에이터의 동작을 보장할 수 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치
본 발명은 AMA(Actuated Mirror Array)를 이용한 박막형 광로 조절 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액츄에이터(actuator)의 구동 안정성을 확보할 수 있는 박막형 광로 조절 장치에 관한 것이다.
박막형 광로 조절 장치는 그 내부에 설치된 각각의 거울들이 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하고, 반사된 빛이 슬릿(slit)이나 핀홀(pinhole)과 같은 개구(aperture)를 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺도록 광속(beam flux)을 조절할 수 있는 장치이다. 따라서, 그 구조와 동작 원리가 간단하며, LCD(liquid crystal)나 DMD(deformable mirror device)에 비해 높은 광효율(10% 이상)을 얻을 수 있다. 또한, 스크린에 투영되는 화상의 콘트라스트(contrast)가 향상되어 보다 밝고 선명한 화상을 얻을 수 있다.
박막형 광로 조절 장치의 각 액츄에이터는 인가되는 전기적인 화상 신호 및 바이어스(bias) 신호에 의하여 발생되는 전기장에 따라 변형을 일으킨다. 액츄에이터가 변형을 일으킬 때 그 상부에 장착된 각각의 거울들이 경사지게 된다. 따라서, 경사진 거울들은 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시켜 스크린 상에 화상을 맺을 수 있도록 한다. 각각의 거울들을 구동하는 액츄에이터는 PZT(Pb(Zr, Ti)O3) 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3) 등의 압전 물질(piezoelectric material)로써 구성된다. 또한, PMN(Pb(Mg, Nb)O3) 등의 전왜 물질(electrostrictive material)로써 액츄에이터를 구성할 수도 있다.
이러한 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스 및 액츄에이터를 포함한다. 도 1은 종래 기술에 의한 박막형 광로 조절 장치의 액티브 매트릭스의 레이아웃도이다.
M×N(여기서, M 및 N은 자연수)개의 p형 모스 트랜지스터(10)가 내장된 상기 액티브 매트릭스는, 상기 모스 트랜지스터의 소오스(114) 및 드레인(116)으로부터 전기적으로 연결되는 제1 금속층, 제1 금속층의 상부에 형성된 제1 보호층, 제1 보호층의 상부에 형성된 제2 금속층, 제2 금속층의 상부에 형성된 제2 보호층, 그리고 제2 보호층의 상부에 형성된 식각 방지층을 포함한다.
상기 제1 금속층은, 도 1을 참조하면, 상기 모스 트랜지스터의 드레인(116)으로부터 전기적으로 연결되는 드레인 패드(134), 소오스(114)로부터 전기적으로 연결되는 소오스 라인(132) 및 게이트 패드(137)를 통하여 전기적으로 연결되는 게이트 라인(136)을 포함한다. 모스 트랜지스터의 게이트(118)는 게이트 패드(137)와 일체로서 게이트 부재를 형성한다. 게이트 패드(137)는 게이트 라인(136)을 전기적으로 연결하면서 소오스 라인(132)과 전기적으로 절연되도록 형성된다. 제2 금속층(135)은 티타늄(Ti)층 및 질화 티타늄(TiN)층으로 이루어진다.
상기 액츄에이터는 상기 식각 방지층 중 아래에 제1 금속층의 드레인 패드(134)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭을 개재하여 수평하게 형성된 지지층, 지지층의 상부에 형성된 하부 전극, 하부 전극의 상부에 형성된 변형층, 변형층의 상부에 형성된 상부 전극, 그리고 상기 변형층의 일측으로부터 변형층, 하부 전극, 지지층, 식각 방지층, 제2 보호층 및 제1 보호층을 통하여 상기 제1 금속층의 드레인 패드(134)까지 수직하게 형성된 비어 홀의 내부에 상기 하부 전극과 드레인 패드(134)가 연결되도록 형성된 비어 컨택, 및 거울을 포함한다.
상기 지지층은 양측 지지부로부터 평행하게 형성된 2 개의 사각형 형상의 암(arm)들의 사이에 중앙부인 사각 평판이 동일 평면상에서 상기 암들과 일체로 형성되어 있는 형상을 갖는다. 상기 지지층 중 사각 평판의 상부에는 거울이 형성된다. 따라서, 상기 거울은 사각 평판의 형상을 갖는다.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 화상 신호인 제1 신호는 액티브 매트릭스에 내장된 모스 트랜지스터(10), 드레인 패드(134) 및 비어 컨택을 통하여 하부 전극에 인가된다. 동시에 바이어스(bias) 신호인 제2 신호는 공통 전극 라인을 통하여 상부 전극에 인가되어, 상부 전극과 하부 전극 사이에 전위차에 따른 전기장이 발생한다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 형성된 변형층이 변형을 일으킨다. 변형층은 발생한 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하며, 따라서, 변형층, 지지층 및 거울을 포함하는 액츄에이터는 소정의 각도를 가지고 휘어진다. 이에 따라, 거울은 입사되는 광을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광은 슬릿을 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺게 된다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시한 장치의 작동을 설명하는 도면으로서, 특히, 게이트 온(gate on) 및 게이트 오프(gate off) 시의 작동을 설명하고 있다. 여기서, Vs,VG,VD,VB및 VT는 각각 소오스(114) 전위, 게이트(118) 전위, 드레인(116) 전위, 하부 전극 전위 및 상부 전극 전위를 의미한다.
하부 전극은 모스 트랜지스터(10)를 경유하여 소오스 라인(132)과 전기적으로 연결되어 있으나, 상부 전극은 공통 전극 라인에 직접 전기적으로 연결되어 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 외부에서 소오스 라인(132)으로 흘러 들어온 전류는 게이트 온 및 게이트 오프 작동에 의해서, 소오스(114)에서 드레인(116)으로 도통 또는 차단된다. 여기서, 게이트 라인(136)을 통하여 약 17V 정도의 전위가 인가되면 게이트 오프되고, 약 -5V의 전위가 인가되면 게이트 온된다.
도 2는 게이트 온 시의 상태를 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 소오스(114)와 드레인(116) 사이에 형성된 채널(channel)을 통하여 소오스(114)에서 드레인(116) 쪽으로 전류가 흐르게 되며, 이어서 순서대로 하부 전극, 변형층, 상부 전극으로 전류가 통하게 된다. 상부 전극은 그라운드(GND) 전위의 공통 전극 라인에 직접 연결된다.
도 3은 게이트 오프 시의 상태를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 상기 채널이 소멸되기 때문에 전류가 차단된다.
상술한 바와 같이, 상부 전극이 공통 전극 라인에 직접 전기적으로 연결되어 있기 때문에 인접한 화소(pixel)의 영향이나 커플링 효과(coupling effect)에 의하여 상부 전극에 그라운드 전위가 아닌 임의의 다른 전위가 인가될 수 있다. 다시 말하면, 상기 인접 화소의 영향이나 커플링 효과에 의해서, 게이트 온 시, 액츄에이터(200)에 원치 않는 전압이 인가될 수 있고, 이에 따라 액츄에이터(200)가 원치 않는 각도만큼 휘어질 수 있다. 게이트 오프 시에는, 상기 채널이 완전히 소멸되지 않아 약간의 전류가 도통되는 경우가 생길 수 있고, 이에 따라 액츄에이터가 정상적으로 복원되지 않을 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 인접한 화소의 영향을 차단할 수 있는 구조를 가짐으로써 액츄에이터의 안정적 구동을 확보할 수 있는 박막형 광로 조절 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래 기술에 의한 박막형 광로 조절 장치의 액티브 매트릭스의 레이아웃(layout)도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시한 장치의 작동을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 레이아웃도이다.
도 5 및 도 6은 도 4에 도시한 장치의 작동을 설명하는 도면이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 모스 트랜지스터 10a : 제1 모스 트랜지스터
10b : 제2 모스 트랜지스터 114, 114a, 114b : 소오스
116, 116a, 116b : 드레인 118, 118a : 게이트
132, 132a : 소오스 라인 134 : 드레인 패드
134a : 제1 드레인 패드 135 : 공통 전극 라인
136, 136a : 게이트 라인 137, 137a : 게이트 패드
138 : 소오스 패드 139 : 제2 드레인 패드
200, 200a : 액츄에이터
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 박막형 광로 조절 장치는, 반도체 기판 상에 형성되는 M×N(여기서, M 및 N은 자연수) 개의 제1 모스 트랜지스터 및 이와 인접하게 형성되는 M×N 개의 제2 모스 트랜지스터를 구비한다. 또한, 상기 제1 모스 트랜지스터와 제2 모스 트랜지스터의 게이트 및 상기 게이트와 일체로서 형성되는 게이트 패드를 포함하는 게이트 부재, 그리고 상기 게이트 부재에 의해서 전기적으로 연결되는 게이트 라인을 구비하며, 상기 제1 모스 트랜지스터의 소오스와 전기적으로 연결되는 소오스 라인과 상기 제1 모스 트랜지스터의 드레인과 전기적으로 연결되는 제1 드레인 패드를 구비한다. 그리고, 상기 제1 드레인 패드와 하부 전극이 전기적으로 연결되며, 지지층, 하부 전극, 변형층, 상부 전극 및 거울을 포함하는 액츄에이터를 구비한다. 또한, 상기 액츄에이터의 상부 전극과 전기적으로 연결되며, 상기 제2 모스 트랜지스터의 소오스와 전기적으로 연결되는 소오스 패드, 상기 제2 모스 트랜지스터의 드레인과 전기적으로 연결되는 제2 드레인 패드, 그리고 상기 제2 드레인 패드에 의해서 전기적으로 연결되는 공통 전극 라인을 구비한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스 및 액츄에이터를 포함한다.
M×N 개의 p형의 제1 모스 트랜지스터 및 M×N 개의 p형의 제2 모스 트랜지스터가 내장된 상기 액티브 매트릭스는 제1 금속층, 제1 금속층의 상부에 형성된 제1 보호층, 제1 보호층의 상부에 형성된 제2 금속층, 제2 금속층의 상부에 형성된 제2 보호층, 그리고 제2 보호층의 상부에 형성된 식각 방지층을 포함한다.
도 4는 본 발명에 바람직한 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 액티브 매트릭스의 레이아웃(layout)도이다.
상기 제1 금속층은, 도 4를 참조하면, 제1 모스 트랜지스터(10a)의 드레인(116a)으로부터 전기적으로 연결되는 제1 드레인 패드(134a), 제1 모스 트랜지스터의 소오스(114)로부터 전기적으로 연결되는 소오스 라인(132a), 게이트(118a)에 소정 전위를 인가하기 위한 게이트 라인(136a), 제2 모스 트랜지스터(10b)의 소오스(114b)로부터 전기적으로 연결되는 소오스 패드(138), 그리고 공통 전극 라인(135)을 포함한다. 여기서, 제1 모스 트랜지스터(10a) 및 제2 모스 트랜지스터(10b)의 게이트(118a)는 게이트 패드(137a)와 일체로서 게이트 부재를 형성한다. 게이트 패드(137a)는 상기 게이트 라인(136a)을 전기적으로 연결하면서 상기 소오스 라인(132a)과 전기적으로 절연되도록 형성된다.
제2 모스 트랜지스터(10b)의 드레인(116b)으로부터 전기적으로 연결되는 제2 드레인 패드(139)는 상기 공통 전극 라인(135)을 전기적으로 연결하면서 상기 소오스 라인(132a)과 전기적으로 절연되도록 형성된다.
제2 금속층은 티타늄(Ti)층 및 질화 티타늄(TiN)층으로 이루어진다.
상기 액츄에이터는 식각 방지층 중 아래에 제1 드레인 패드(134a) 및 소오스 패드(138)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며, 타측이 에어 갭을 개재하여 액티브 매트릭스와 수평하게 형성된 지지층, 지지층의 상부에 형성된 하부 전극, 하부 전극의 상부에 형성된 변형층, 변형층의 상부에 형성된 상부 전극, 그리고 거울을 포함한다.
상기 액츄에이터에는 변형층의 일측으로부터 변형층, 하부 전극, 지지층, 식각 방지층, 제2 보호층 및 제1 보호층을 통하여 제1 드레인 패드(134a)까지 수직하게 형성된 제1 비어 홀의 내부에 상기 하부 전극과 제1 드레인 패드(134a)가 전기적으로 연결되도록 제1 비어 컨택이 형성된다. 또한, 상부 전극의 일측으로부터 상부 전극, 변형층, 지지층, 식각 방지층, 제2 보호층 및 제1 보호층을 통하여 소오스 패드(138)까지 수직하게 형성된 제2 비어 홀의 내부에 상기 상부 전극과 소오스 패드(138)가 연결되도록 제2 비어 컨택이 형성된다. 정리하면, 하부 전극은 제1 비어 컨택을 통하여 제1 드레인 패드(134a)에 연결되며, 상부 전극은 제2 비어 컨택을 통하여 소오스 패드(138)에 연결된다.
상기 지지층은 양측 지지부로부터 평행하게 형성된 2개의 사각형 형상의 암(arm)들의 사이에 중앙부인 사각 평판이 동일 평면상에서 암들과 일체로 형성되어 있는 형상을 갖는다. 상기 지지층 중 사각 평판의 상부에는 거울이 형성된다. 따라서, 거울은 사각 평판의 형상을 갖는다.
도 5 및 도 6은 도 4에 도시한 장치의 게이트 온 및 게이트 오프 시의 작동을 설명하는 도면들이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 게이트 온 및 게이트 오프에 의해, 제1 모스 트랜지스터(10a) 및 제2 모스 트랜지스터(10b)의 채널을 통하여 전류가 도통 및 차단된다. 여기서, 제1 모스 트랜지스터(10a) 및 제2 모스 트랜지스터(10b)는 p형으로서 정공이 소수 캐리어가 된다. 게이트 라인(136a)을 통하여 약 17V 정도의 전위가 인가되면 게이트 오프되고, 약 -5V 정도의 전위가 인가되면 게이트 온된다.
도 5는 게이트 온 시의 상태를 도시하고 있다. 도 5를 참조하면, 형성된 채널을 통하여 제1 모스 트랜지스터(10a)의 소오스(114a)에서 드레인(116a) 쪽으로 전류가 흐르게 되며, 이어서 순서대로 액츄에이터(200a)의 하부 전극, 변형층, 상부 전극으로 전류가 통하게 된다. 상부 전극에서 제2 모스 트랜지스터(10b)의 소오스(114b)를 경유하여 채널을 거쳐 드레인(116b)으로 전류가 흐른다. 이 전류는 제2 드레인 패드(139)를 거쳐 그라운드(GND) 전위의 공통 전극 라인(135)으로 통하게 된다.
도 6은 게이트 오프 시의 상태를 도시하고 있다. 도 6을 참조하면, 제1 모스 트랜지스터(10a) 및 제2 모스 트랜지스터(10b)의 채널이 모두 소멸되기 때문에 변형층 양단의 상부 전극 및 하부 전극이 동시에 전기적으로 차단된다.
종래에는 상부 전극이 공통 전극 라인에 직접 전기적으로 연결되어 인접한 화소의 영향이나 커플링 효과에 의하여 상부 전극에 그라운드 전위가 아닌 임의의 다른 전위가 인가될 수 있었다. 그러나, 본 발명에서는 게이트 온 시, 변형층 양단의 상부 전극 및 하부 전극에 임의의 전압을 가하고, 게이트 오프 시에는 상부 전극 및 하부 전극 모두를 차단하는 구조이기 때문에 상기의 문제를 해결할 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 화상 신호인 제1 신호는 액티브 매트릭스에 내장된 제1 모스 트랜지스터(10a), 제1 드레인 패드(134a) 및 제1 비어 컨택을 통하여 하부 전극에 인가된다. 동시에 바이어스 신호인 제2 신호는 소오스 패드(138) 및 제2 비어 컨택을 통하여 상부 전극에 인가되어, 상부 전극과 하부 전극 사이에 전위차에 따른 전기장이 발생한다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 형성된 변형층이 변형을 일으킨다. 변형층은 발생한 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하며, 따라서, 변형층, 지지층 및 거울을 포함하는 액츄에이터는 소정의 각도로 휘어진다. 이에 따라, 거울은 입사되는 광을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광은 슬릿을 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺게 된다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 의하면, 액츄에이터의 상부 전극과 공통 전극 라인 사이에 모스 트랜지스터가 전기적으로 개재되어 있다. 상기 상부 전극은 비어 콘택을 통하여 소오스 패드와 전기적으로 연결되며, 소오스 패드에 모스 트랜지스터가 전기적으로 연결되고, 모스 트랜지스터는 제2 드레인 패드를 통하여 공통 전극 라인과 전기적으로 연결된다. 이러한 구조를 가짐으로써, 본 발명에 의한 박막형 광로 조절 장치는 게이트 온 시, 변형층 양단의 상부 전극 및 하부 전극에 임의의 전압을 가하고, 게이트 오프 시에는 상부 전극 및 하부 전극 모두를 전기적으로 차단할 수 있게 되어, 게이트 온 및 오프 시의 인접 화소의 영향이나 커플링 효과를 제거하여, 안정적인 액츄에이터의 동작을 보장할 수 있다.

Claims (3)

  1. 기판(110a) 상에 형성되는 M×N(여기서, M 및 N은 자연수)개의 제1 모스 트랜지스터(10a) 및 이와 인접하게 형성되는 M×N개의 제2 모스 트랜지스터(10b);
    상기 제1 모스 트랜지스터(10a) 및 제2 모스 트랜지스터(10b)의 게이트(118a), 및 상기 게이트(118a)와 일체로서 형성되는 게이트 패드(137a)를 포함하는 게이트 부재;
    상기 게이트 부재에 의해서 전기적으로 연결되는 게이트 라인(136a);
    상기 제1 모스 트랜지스터(10a)의 소오스(114a)와 전기적으로 연결되는 소오스 라인(132a);
    상기 제1 모스 트랜지스터(10a)의 드레인(116a)과 전기적으로 연결되는 제1 드레인 패드(134a);
    상기 제1 드레인 패드(134a)와 하부 전극(220a)이 전기적으로 연결되며, 지지층, 하부 전극, 변형층, 상부 전극 및 거울을 포함하는 액츄에이터(200a);
    상기 액츄에이터(200a)의 상부 전극과 전기적으로 연결되며, 상기 제2 모스 트랜지스터(10b)의 소오스(114b)와 전기적으로 연결되는 소오스 패드(138);
    상기 제2 모스 트랜지스터(10b)의 드레인(116b)과 전기적으로 연결되는 제2 드레인 패드(139); 그리고
    상기 제2 드레인 패드(139)에 의해서 전기적으로 연결되는 공통 전극 라인(135)을 포함하는 박막형 광로 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 모스 트랜지스터(10a) 및 제2 모스 트랜지스터(10b)는 P형인 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 공통 전극 라인(135)은 상기 소오스 라인(132a)과 직교하는 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100826987B1 (ko) * 2007-04-30 2008-05-02 주식회사 하이닉스반도체 Ｍｏｓ 트랜지스터를 포함하는 반도체 장치의 레이아웃방법
US8053346B2 (en) 2007-04-30 2011-11-08 Hynix Semiconductor Inc. Semiconductor device and method of forming gate and metal line thereof with dummy pattern and auxiliary pattern

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