KR100398803B1 - Optical switch actuated with multiphase driving voltage and having multiple rotation axes - Google Patents

Optical switch actuated with multiphase driving voltage and having multiple rotation axes Download PDF

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KR100398803B1 KR10-2001-0011197A KR20010011197A KR100398803B1 KR 100398803 B1 KR100398803 B1 KR 100398803B1 KR 20010011197 A KR20010011197 A KR 20010011197A KR 100398803 B1 KR100398803 B1 KR 100398803B1
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Abstract

본 발명은 광 통신망에 사용되는 광파장 스위치에 관한 것이다. 본 발명의 광파장 스위치는 구동 레이어의 주위에 4쌍 이상의 상하 구동 전극을 배치하여 각 구동 전극에 인가되는 구동 전압의 패턴에 따라 구동 레이어를 다수의 회전축을 중심으로 회전시킬 수 있어 입사 광을 여러 경로로 반사시킬 수 있어 광파장 스위치 소자의 어레이를 포함하는 스위칭 시스템의 용량을 효과적으로 증대시킬 수 있다. 본 발명에 따른 광파장 스위치는 구동 레이어가 상부 및 하부 구동 전극에 인가되는 상이한 극성의 구동 전압에 의하여 작용하는 전기적 인력 및 척력에 의하여 회전되므로 상대적으로 낮은 구동 전압을 사용하더라도 정전기력을 이용한 종래의 광파장 스위치 소자에 비하여 고속의 동작이 가능하다. 또한 본 발명의 광파장 스위치는 구동 레이어와 상하 구동 전극에 인가되는 전압의 차이를 상대적으로 작게 할 수 있어 구동 레이어와 구동 전극 사이의 방전 현상에 의한 결함을 방지할 수 있다.The present invention relates to an optical wavelength switch for use in an optical communication network. In the optical wavelength switch of the present invention, four or more pairs of vertical driving electrodes are disposed around the driving layer to rotate the driving layer about a plurality of rotation axes according to the pattern of driving voltage applied to each driving electrode, thereby allowing incident light to be diverted. Can be effectively increased to increase the capacity of a switching system comprising an array of wavelength switch elements. The optical wavelength switch according to the present invention is rotated by the electric attraction force and the repulsive force acting by the driving voltage of the different polarity applied to the upper and lower driving electrodes, the conventional optical wavelength switch using the electrostatic force even when using a relatively low driving voltage High speed operation is possible compared to the device. In addition, the optical wavelength switch of the present invention can relatively reduce the difference between the voltage applied to the drive layer and the vertical drive electrode, thereby preventing defects caused by the discharge phenomenon between the drive layer and the drive electrode.

Description

다상 구동 전압에 의하여 구동되는 다수의 회전축을 가지는 광파장 스위치 {OPTICAL SWITCH ACTUATED WITH MULTIPHASE DRIVING VOLTAGE AND HAVING MULTIPLE ROTATION AXES}OPTICAL SWITCH ACTUATED WITH MULTIPHASE DRIVING VOLTAGE AND HAVING MULTIPLE ROTATION AXES}

본 발명은 광통신 네트워크에서 광 신호를 원하는 경로로 전달하기 위하여 사용되는 광파장 스위치에 관한 것으로서, 특히 마이크로미러가 장착된 구동 레이어의 주위에 설치된 4쌍 이상의 상하 구동 전극에 다상 구동 전압을 인가하여 구동 레이어를 4개 이상의 회전축을 중심으로 회전시켜 다양한 광통신 경로를 설정할 수 있는 광파장 스위치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical wavelength switch used to transmit an optical signal in a desired path in an optical communication network. In particular, the present invention relates to a driving layer by applying a multiphase driving voltage to at least four pairs of vertical driving electrodes installed around a driving layer equipped with a micromirror. The present invention relates to an optical wavelength switch capable of setting various optical communication paths by rotating about four or more rotation axes.

종래에는 광 통신망의 통신 경로를 설정하기 위하여 광 신호를 수신하여 전기적 신호로 변환하여 전기적 신호의 경로를 스위칭 후에 다시 전기적 신호를 광 신호로 변환하는 방법을 사용하였다. 이러한 방법은 광 신호를 전기적 신호로 변환하고 스위칭 한 후에 다시 광 신호로 변환하는 과정을 거쳐야 하므로 광 통신망의 전송 효율이 저하되고 망 구축에 많은 비용이 소요되는 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 최근에는 광 신호를 전기적 신호로 변환하지 않고 직접 원하는 경로로 스위칭 시키는 광파장 스위치 기술이 개발되고 있다. 광파장 스위치를 구성하기 위해서 널리 사용되는 기술의 하나는 반사면의 각도가 구동 신호 입력에 응답하여 소정의 각도로 회전할 수 있는 소형 미러의 어레이로 구성된 MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)을 이용하는 것이다. MEMS를 구성하는 소형 미러는 구동 신호의 입력에 응답하여 소정 각도만큼 회전하여 입력 광 파이버로부터 입력되는 입사광을 선택된 출력 광 파이버로 반사시켜 원하는 형태의 광통신 경로를 형성시키기 위하여 사용된다.Conventionally, in order to establish a communication path of an optical communication network, a method of receiving an optical signal and converting the optical signal into an electrical signal and switching the electrical signal path after switching the electrical signal to an optical signal is used. In this method, the optical signal is converted into an electrical signal and then converted back to an optical signal. Therefore, the transmission efficiency of the optical communication network is degraded and the cost of constructing the network is high. In order to solve this problem, an optical wavelength switch technology has been recently developed to switch an optical signal directly to a desired path without converting the optical signal into an electrical signal. One widely used technique for constructing an optical wavelength switch is to use a micro-electro-mechanical system (MEMS) composed of an array of small mirrors in which the angle of the reflecting surface can rotate at a predetermined angle in response to a drive signal input. . The miniature mirror constituting the MEMS is used to form an optical communication path of a desired shape by rotating by a predetermined angle in response to the input of the drive signal to reflect the incident light input from the input optical fiber to the selected output optical fiber.

MEMS 형태의 종래의 광파장 스위치는 통상 캔티레버(cantilever) 마이크로미러 형태와 토션빔(tortion beam) 마이크로미러의 형태로 구현된다. 캔티레버 마이크로미러는 기저부로부터 연장되는 캔티레버 형태로 미러가 형성되고 미러는 탄성 만곡부(flexure)에 의하여 기저부에 연결되어 구`입사되는 광의 경로를 변경시킨다. 토션빔 마이크로미러는 캔티레버 마이크로미러와 유사한 구조를 가지나 미러의 대향 측면에 연결되어 미러에 작용하는 회전력에 의하여 각 변형되는 한 쌍의 토션빔에 의하여 미러가 지지되는 차이가 있다. 그리하여, 토션빔 마이크로미러는 인가되는 구동 신호의 형태에 따라 한 쌍의 토션빔에 의하여 형성되는 하나의 회전축을 중심으로 회전하여 입사광의 경로를 변경시킬 수 있다.Conventional optical wavelength switches in the form of MEMS are typically implemented in the form of cantilever micromirrors and torsion beam micromirrors. The cantilever micromirror has a mirror in the form of a cantilever extending from the base, and the mirror is connected to the base by an elastic flexure to change the path of incident light. The torsion beam micromirror has a structure similar to the cantilever micromirror, except that the mirror is supported by a pair of torsion beams, which are connected to opposite sides of the mirror and are deformed by rotational forces acting on the mirror. Thus, the torsion beam micromirror may change the path of incident light by rotating about one rotation axis formed by a pair of torsion beams according to the type of driving signal applied thereto.

캔티레버 및 토션빔 형태의 종래의 MEMS 광파장 스위치는 마이크로미러가 장착되는 기저부 측에 배치된 미러 구동 전극에 구동 전압을 인가하여 구동 전압에 의하여 유도되는 정전기력을 이용하여 미러의 회전력을 발생시킨다. 그러나 종래의 광파장 스위치의 경우 마이크로미러의 한 측에 하나의 구동 전극만을 배치하므로 캔티레버 및 토션빔의 탄성력을 극복하고 마이크로미러를 회전시키고, 또한 광파장 스위치 동작의 고속화 요구에 따라 구동 신호에 대한 마이크로미러의 응답시간을 단축시키기 위해서는 구동 전극에 비교적 고압의 전압을 인가하여야 한다. 그러나 미러 구동 전극에 고압의 전압을 인가하는 경우에는 마이크로미러와 구동 전극 사이에 아크 방전이 일어나 미러의 회전 각도를 정확히 제어할 수 없고 마이크로미러나 구동 전극이 손상되는 문제가 발생한다. 또한, 구동 전극에 고 전압이 인가되면 마이크로미러의 각도를 변경하기 위하여 구동 전극에 반대 극성의 전압을 인가할 때에 구동 전극과 마이크로미러 사이에 대전된 전하를 소거하는데 시간이 소요되어 스위치 소자의 응답 시간이 지연되는 문제가 발행한다.Conventional MEMS light-wavelength switches in the form of cantilever and torsion beams apply a driving voltage to a mirror driving electrode disposed on the base side on which the micromirror is mounted to generate a rotational force of the mirror by using electrostatic force induced by the driving voltage. However, in the conventional optical wavelength switch, only one driving electrode is disposed on one side of the micromirror, thereby overcoming the elastic force of the cantilever and the torsion beam and rotating the micromirror, and also the micromirror for the driving signal according to the demand for high speed optical switch operation. In order to shorten the response time, relatively high voltage should be applied to the driving electrode. However, when a high voltage is applied to the mirror driving electrode, an arc discharge occurs between the micromirror and the driving electrode, so that the rotation angle of the mirror cannot be accurately controlled and the micromirror or the driving electrode is damaged. In addition, when a high voltage is applied to the driving electrode, it takes time to erase the charged charge between the driving electrode and the micromirror when applying a voltage of opposite polarity to the driving electrode to change the angle of the micromirror. The problem of delayed time is issued.

또한, 종래의 캔티레버 또는 토션빔 형태의 MEMS 광파장 스위치에서는 마이크로미러가 구동 전압에 의하여 하나의 회전축만을 중심으로 회전되므로 입사 광 신호를 여러 가지 경로로 반사시킬 수 없어 광 스위칭 시스템의 대용량화가 제한되는 문제가 있었다. 종래의 캔티레버 형 MEMS 스위치 소자는 하나의 오프 상태 위치와 하나의 온 상태 위치를 가져 광 신호를 온-오프시키는 역할만을 하고, 종래의 토션빔 형태의 MEMS 스위치는 통상 하나의 오프 위치와 두 개의 온 위치를 가져 스위치의 온 상태에서 2개의 광 신호 경로를 선택하는 기능만을 가진다. 이들 스위치 소자를 이용하면 스위칭 시스템 용량이 요구하는 수의 광 신호 경로를 형성하기 위해서는 많은 수의 스위치 소자를 포함하는 스위치 어레이를 사용하여야 하고, 따라서 스위칭 시스템의 구조가 복잡해지고 제조 가격이 높아지는 문제가 있다.In addition, in the conventional cantilever or torsion beam type MEMS optical wavelength switch, since the micromirror is rotated around only one rotation axis by the driving voltage, the incident light signal cannot be reflected in various paths, thereby limiting the capacity of the optical switching system. There was. Conventional cantilever type MEMS switch elements have only one off state position and one on state position to serve to turn on and off the optical signal. Conventional torsion beam type MEMS switches typically have one off position and two on states. It only has the function of taking the position and selecting two optical signal paths in the on state of the switch. With these switch elements, a switch array including a large number of switch elements must be used to form the number of optical signal paths required by the switching system capacity. Therefore, the structure of the switching system becomes complicated and the manufacturing cost increases. have.

따라서, 종래의 MEMS 광파장 스위치의 문제를 해결하기 위하여 비교적 낮은 구동 전압으로도 고속으로 동작할 수 있고, 하나의 스위치 소자가 여러 가지의 광 신호 경로를 선택적으로 설정할 수 있는 광파장 스위치 소자가 요구되고 있다.Therefore, in order to solve the problem of the conventional MEMS optical wavelength switch, there is a demand for an optical wavelength switch element capable of operating at a high speed even with a relatively low driving voltage and allowing one switch element to selectively set various optical signal paths. .

본 발명은 구동 레이어의 주위에 4쌍 이상의 상하 구동 전극을 배치하여 구동 전극에 인가되는 구동 전압의 패턴에 따라 다수, 바람직하게는 4개 이상의 회전축을 중심으로 임의의 방향으로 마이크로미러를 회전시켜 입사되는 광 신호를 다양한 경로, 즉 원하는 출력 광파이버로 반사시켜 다양한 광통신 경로를 설정할 수 있는 MEMS 형태 광파장 스위치 소자를 제공함을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 상부 구동 전극 및 하부 구동 전극을 포함하는 한 쌍의 구동 전극에 의하여 작용하는 전기적 인력과 척력에 의하여 구동 레이어를 회전시켜 구동 전극에 비교적 낮은 구동 전압을 인가하면서 양호한 응답 특성 및 내구성을 가지는 광파장 스위치를 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.According to the present invention, four or more pairs of upper and lower driving electrodes are disposed around the driving layer, and the micromirror is rotated in any direction about a plurality of, preferably four or more rotational axes, according to a pattern of driving voltage applied to the driving electrode. It is an object of the present invention to provide a MEMS type optical wavelength switch device capable of setting various optical communication paths by reflecting an optical signal to various paths, that is, desired output optical fibers. In addition, the present invention is a good response characteristics and durability while applying a relatively low drive voltage to the drive electrode by rotating the drive layer by the electric attraction and repulsive force acting by a pair of drive electrode including the upper drive electrode and the lower drive electrode It is an object of the present invention to provide an optical wavelength switch having a.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광파장 스위치의 분해 사시도.1 is an exploded perspective view of an optical wavelength switch according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 광파장 스위치의 사시도.2 is a perspective view of the optical wavelength switch of FIG.

도 3은 도 2의 광파장 스위치를 축 Y를 따라 절개한 단면도.3 is a cross-sectional view taken along the axis Y of the optical wavelength switch of FIG.

도 4는 구동 레이어를 탄성 빔에 의하여 지지한 본 발명의 광파장 스위치의 단면도.4 is a cross-sectional view of an optical wavelength switch of the present invention in which a driving layer is supported by an elastic beam;

도 5는 구동 레이어를 피봇 지지부에 의하여 지지한 본 발명의 광파장 스위치의 단면도.Fig. 5 is a sectional view of the optical wavelength switch of the present invention with the drive layer supported by the pivot support.

도 6은 도 5의 피봇 지지부의 단면도.6 is a cross-sectional view of the pivot support of FIG.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광파장 스위치의 사시도.7 is a perspective view of an optical wavelength switch according to another embodiment of the present invention.

도 8a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광파장 스위치의 평면도.8A is a plan view of an optical wavelength switch according to another embodiment of the present invention.

도 8b는 도 8a의 광파장 스위치의 단면도.8B is a cross-sectional view of the optical wavelength switch of FIG. 8A.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : 기판10: substrate

11 : 하부 구동 전극11: lower drive electrode

13 : 상부 구동 전극13: upper drive electrode

14 : 구동 레이어14: driving layer

17 : 격자 구조17: lattice structure

19 : 마이크로미러19: micromirror

이러한 기술적 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 스위치 기판; 임의의 방향으로 회전 가능하도록 기판에 지지되고 입사광을 반사시키는 미러를 포함하는 구동 레이어; 각각 하부 구동 전극 및 상부 구동 전극을 포함하고 구동 레이어의 주위에 배치된 4개 이상의 구동 전극 쌍을 포함하고, 구동 레이어가 소정의 전위로 바이어스 되고 적어도 하나의 구동 전극 쌍의 상부 구동 전극과 하부 구동 전극 중 하나에는 구동 레이어에 인가된 전압과 동일한 극성의 전압이 인가되고 다른 하나에는 구동 레이어에 인가된 전압과 반대 극성의 전압 또는 0 V의 전압이 인가되는 광파장 스위치를 제공한다. 구동 레이어에 소정의 전압을 인가하고 하나의 구동 전극쌍의 상부 또는 하부 구동 전극에 구동 레이어에 인가된 전압과 같은 극성의 전위를 가지는 구동 전압을 인가하고 다른 하나의 구동 전극에 구동 레이어에 인가된 전압과 다른 극성의 전위 또는 0 V의 전위를 갖는 구동 전압을 인가하고, 구동 레이어를 사이에 두고 마주보는 구동 전극 쌍에 이와 반대되는 패턴의 구동 전압을 인가하면 구동 레이어와 상하 구동 전극 사이에 발생되는 전기적 척력과 인력에 의하여 구동 레이어를 고속으로 동작시킬 수 있다. 본 발명의 주요 특징으로서 구동 레이어 주위에 설치된 4쌍 이상의 구동 전극에 인가되는 구동 전압의 패턴을 조절하면 구동 레이어를 다수, 양호하게는 4개 이상의 회전축을 중심으로 회전시킬 수 있다.The present invention in order to achieve this technical object; A drive layer including a mirror supported on the substrate so as to be rotatable in any direction and reflecting incident light; Each of the four or more driving electrode pairs including a lower driving electrode and an upper driving electrode and disposed around the driving layer, wherein the driving layer is biased to a predetermined potential and the upper driving electrode and the lower driving of the at least one driving electrode pair One of the electrodes provides an optical wavelength switch to which a voltage having the same polarity as the voltage applied to the driving layer is applied and the other to which the voltage having the opposite polarity or a voltage of 0 V is applied. A predetermined voltage is applied to the driving layer, and a driving voltage having the same polarity as the voltage applied to the driving layer is applied to the upper or lower driving electrodes of one driving electrode pair and applied to the driving layer to the other driving electrode. When a driving voltage having a potential different from that of a voltage or a potential of 0 V is applied, and a driving voltage having an opposite pattern is applied to a pair of driving electrodes facing each other with the driving layer interposed therebetween, a driving voltage is generated between the driving layer and the upper and lower driving electrodes. The driving layer can be operated at high speed by the electrical repulsion and attraction force. As a main feature of the present invention, by adjusting a pattern of driving voltages applied to four or more pairs of driving electrodes provided around the driving layer, the driving layers can be rotated around a plurality of, preferably four or more rotational axes.

이하에서, 본 발명에 따른 광파장 스위치 소자의 구조 및 특징을 첨부한 도면에 도시된 본 발명의 실시예를 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 광파장 스위치의 분해도이다. 도시의 목적상 도 1은 광파장 스위치 소자의 구성요소를 분리된 상태로 도시하였으나, 본 발명의 광파장 스위치는 실리콘 등의 반도체를 희생층(sacrifice layer)를 개장한 상태로 적층하고 식각하는 방법을 사용하여 일체의 구조로 형성되는 것을 이해하여야 한다. 이러한 MEMS 구조의 가공 방법은 M. A. Michalicek, J. H. Comtois, and H.K. Schriner, "Design and fabrication of optical MEMS using a four-level planarized surface-micromachined polysilicon5 process,"Proc. SPIE, Vol. 3276, pp. 48-55, 1998를 비롯한 여러 문헌에 공지되어 있으므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다.Hereinafter, with reference to the embodiment of the present invention shown in the accompanying drawings the structure and features of the optical wavelength switch element according to the present invention will be described in detail. 1 is an exploded view of an optical wavelength switch according to an embodiment of the present invention. For the purpose of illustration, FIG. 1 illustrates the components of the optical wavelength switch element in a separated state, but the optical wavelength switch of the present invention uses a method of stacking and etching a semiconductor such as silicon with a sacrificial layer refurbished. It should be understood that it is formed as an integral structure. Methods for processing such MEMS structures are described in MA Michalicek, JH Comtois, and HK Schriner, "Design and fabrication of optical MEMS using a four-level planarized surface-micromachined polysilicon5 process," Proc. SPIE , Vol. 3276, pp. 48-55, 1998, and many other documents are known, so a detailed description will be omitted.

도 1을 참조하면 실리콘 등의 반도체로 형성된 기판(10)이 제공되고 기판의 네 부분에 상호 대향하도록 하부 구동 전극(11) 및 상부 구동 전극(13)이 폴리실리콘등의 반도체 재료로 형성된다. 하부 구동 전극(11)은 기판의 일정 영역에 금속층을 증착하거나 도전성 불순물을 도핑하거나 폴리실리콘을 사용하여 형성된다. 하부 구동 전극은 기판으로부터 전기적으로 절연되어 있고, 스위치 구동 시 소정의 구동 전압을 인가하는 전원(도시되지 않음)과 연결되어 있다. 상부 구동 전극(13)의 하단부(13A)는 기판의 각 하부 구동 전극의 외측 영역(12)에 형성되고 상단부에는 이하에서 설명하는 바와 같이 구동 레이어(14)를 덮을 수 있는 오버 행 형태의 전극판(13B)이 형성된다. 상부 구동 전극(13)의 전극판은 하부 구동 전극(11)의 형태에 대응하는 형상을 가지는 것이 바람직하다. 상부 구동 전극 역시 실리콘에 불순물을 도핑하거나 폴리실리콘을 사용하여 형성될 수 있으나, 스위치 소자의 제조 공정시 선택적 식각이 용이한 폴리실리콘을 사용하여 상부 구동 전극을 형성하는 것이 바람직하다. 상부 구동 전극(13) 역시 기판(10)으로부터 전기적으로 절연되고, 광파장 스위치의 구동 신호를 제공하는 전원(도시되지 않음)이 연결된다. 각 하부 구동 전극(11) 및 상부 구동 전극(13)의 전극판(13B)은 이하에서 설명하는 바와 같이 구동 레이어와 구동 전극에 소정의 전압이 인가될 때 발생하는 전기력에 의하여 구동 레이어를 소정의 각도로 회전시키기에 충분한 면적을 가져야 한다.Referring to FIG. 1, a substrate 10 formed of a semiconductor such as silicon is provided, and the lower driving electrode 11 and the upper driving electrode 13 are formed of a semiconductor material such as polysilicon so as to oppose the four portions of the substrate. The lower driving electrode 11 is formed by depositing a metal layer, doping conductive impurities, or using polysilicon in a predetermined region of the substrate. The lower driving electrode is electrically insulated from the substrate and is connected to a power source (not shown) that applies a predetermined driving voltage when driving the switch. The lower end portion 13A of the upper driving electrode 13 is formed in the outer region 12 of each lower driving electrode of the substrate, and the upper end portion of the upper driving electrode 13 can cover the driving layer 14 as described below. 13B is formed. It is preferable that the electrode plate of the upper drive electrode 13 has a shape corresponding to the shape of the lower drive electrode 11. The upper driving electrode may also be formed by doping impurities into the silicon or using polysilicon, but it is preferable to form the upper driving electrode using polysilicon which is easy to selectively etch during the manufacturing process of the switch element. The upper driving electrode 13 is also electrically insulated from the substrate 10, and a power source (not shown) for providing a driving signal of the optical wavelength switch is connected. As described below, the electrode plates 13B of the lower driving electrodes 11 and the upper driving electrodes 13 define the driving layers by the electric force generated when a predetermined voltage is applied to the driving layers and the driving electrodes. It must have enough area to rotate at an angle.

도 1의 4 쌍의 하부 구동 전극(11) 및 상부 구동 전극(13)이 도 2와 같이 결합되었을 때 각 하부 구동 전극 및 상부 구동 전극에 의하여 정의되는 내부 공간에구동 레이어(14)가 위치한다. 구동 레이어(14)는 도핑된 실리콘 또는 폴리실리콘 등의 반도체 재료로 대체적으로 사각형으로 제작되고, 구동 레이어의 각 모서리에는 구동 레이어를 상부 구동 전극 및 하부 구동 전극 사이에 위치하도록 지지하는 레그(15)가 형성되어 있다. 본 실시예에서는 구동 레이어가 사각형의 평판 형태로 형성되는 것으로 설명되나 구동 레이어의 형태는 다양하게 변경될 수 있고 예를 들어 이하에서 설명되는 바와 같이 원형으로 형성될 수도 있다. 각 레그는 통상 구동 레이어와 같은 재료로 구동 레이어와 일체로 형성된다. 스위치가 정지 상태일 때 각 레그(15)는 기판 상의 영역(16)과 접촉하고, 영역(16)은 기판(10)으로부터 절연되고 외부 전원과 연결되어 있다. 레그(15)는 또한 스위치가 동작할 때에 영역(16)으로부터 인가되는 바이어스 전압을 구동 레이어(14)에 전달하는 역할을 한다.When the four pairs of lower driving electrodes 11 and the upper driving electrodes 13 of FIG. 1 are coupled as shown in FIG. 2, the driving layer 14 is positioned in an inner space defined by each of the lower driving electrodes and the upper driving electrodes. . The drive layer 14 is made of a generally rectangular shape of a semiconductor material such as doped silicon or polysilicon, and legs 15 at each corner of the drive layer support the drive layer between the upper drive electrode and the lower drive electrode. Is formed. In this embodiment, the driving layer is described as being formed in the shape of a rectangular flat plate, but the shape of the driving layer may be variously changed, for example, may be formed in a circular shape as described below. Each leg is formed integrally with the drive layer, usually of the same material as the drive layer. When the switch is at rest, each leg 15 is in contact with an area 16 on the substrate, which is insulated from the substrate 10 and connected to an external power source. The leg 15 also serves to transfer the bias voltage applied from the region 16 to the drive layer 14 when the switch is in operation.

구동 레이어의 중앙부에는 미러 요크(mirror yoke; 18)가 형성되고, 미러 요크에는 마이크로미러(19)가 장착되어 구동 레이어가 회전함에 따라 마이크로미러도 구동 레이어와 동일한 각도로 회전하게 된다. 구동 레이어의 중앙부에는 도 1에 나타난 바와 같이 상호 교차하는 수평 부재와 수직 부재로 구성된 격자 구조(17)가 형성될 수 있다. 구동 레이어의 중앙부가 격자 구조(17)로 형성된 경우에는 수평 부재와 수직 부재의 교차부에 미러 요크(18) 및 마이크로미러(19)가 형성된다. 또한 경우에 따라 구동 레이어의 중앙부에 격자 구조 대신에 수평 부재 또는 수직 부재 만이 형성될 수도 있다. 구동 레이어(14)의 중앙부를 패터닝하여 격자 구조 또는 수평/수직 부재를 형성하는 이유는, 상부 구동 전극(13), 하부 구동 전극(11)과이들 사이에 삽입되는 구동 레이어 사이에 형성되는 정전 용량과 이들 사이에 작용하는 전기력을 보다 정밀하게 제어하고 스위칭 소자 제작시 구동 레이어와 기판 사이에 위치하는 희생층의 식각 공정을 보다 원활하게 하기 위한 것이다. 구동 레이어의 중앙부에 형성되는 수평 부재 및 수직 부재의 두께와 폭은 스위치 작동시 구동 레이어(14)에 작용하는 정전기력에 의하여 변형되지 않는 한도 내에서 적절히 조절될 수 있다.A mirror yoke 18 is formed at the center of the driving layer, and a micromirror 19 is mounted on the mirror yoke so that the micromirror also rotates at the same angle as the driving layer as the driving layer rotates. As shown in FIG. 1, a grating structure 17 including horizontal members and vertical members that cross each other may be formed at the center portion of the driving layer. When the central portion of the drive layer is formed of the lattice structure 17, the mirror yoke 18 and the micromirror 19 are formed at the intersection of the horizontal member and the vertical member. In some cases, only the horizontal member or the vertical member may be formed in the center of the driving layer instead of the lattice structure. The reason for forming the lattice structure or the horizontal / vertical member by patterning the center portion of the driving layer 14 is that the capacitance formed between the upper driving electrode 13, the lower driving electrode 11 and the driving layer inserted between them is formed. In order to more precisely control the electrical force acting between them and to facilitate the etching process of the sacrificial layer located between the driving layer and the substrate when manufacturing the switching device. The thickness and width of the horizontal member and the vertical member formed at the central portion of the drive layer can be appropriately adjusted as long as they are not deformed by the electrostatic force acting on the drive layer 14 during switch operation.

도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 구동 레이어(14)는 양호한 전자 이동도를 가지는 폴리실리콘, 도핑된 실리콘 등의 반도체 물질로 하나의 층으로서 양호하게는 중앙부에 격자 구조, 수평 부재 또는 수직 부재를 가지도록 패터닝된다. 구동 레이어는 각 모서리에 형성된 레그(15)를 통하여 기판(10)에 의하여 지지되어, 도 2와 같이 상부 구동 전극 및 하부 구동 전극의 사이의 위치에서 상하 구동 전극과 접촉하지 않도록 유지된다. 구동 레이어는 기판과 전기적으로 절연되어 있고, 광파장 스위치가 동작할 때에 이하에서 설명하는 바와 같이 외부의 전원으로부터 소정의 바이어스 전압이 구동 레이어에 인가된다. 구동 레이어에 일정한 전압이 인가된 상태에서 상부 구동 전극(13) 및 하부 구동 전극(11)에 상이한 구동 전압이 인가되면 구동 레이어와 상하 구동 전극 사이에 전기력이 작용하여 구동 레이어를 회전시키고, 이에 따라 구동 레이어에 장착된 마이크로미러(19)가 회전하게 된다. 구동 레이어가 구동 전극에 의하여 작용하는 전기력에 의하여 회전할 때 구동 레이어가 구동 전극, 특히 상부 구동 전극에 접촉할 수 있는데, 구동 레이어와 구동 전극의 접촉에 의한 방전을 방지하기 위하여 상부 구동 전극 또는 구동 레이어에 산화실리콘 등의 절연 피막을 형성할 수 있다.As shown in Figs. 1 and 2, the drive layer 14 is a semiconductor material such as polysilicon, doped silicon, etc. having good electron mobility and is preferably a single layer, preferably a lattice structure, a horizontal member or a vertical member in the center. Is patterned to have The driving layer is supported by the substrate 10 through the legs 15 formed at each corner, and is kept in contact with the upper and lower driving electrodes at a position between the upper driving electrode and the lower driving electrode as shown in FIG. 2. The drive layer is electrically insulated from the substrate, and when the optical wavelength switch operates, a predetermined bias voltage is applied to the drive layer from an external power source as described below. When a different driving voltage is applied to the upper driving electrode 13 and the lower driving electrode 11 while a constant voltage is applied to the driving layer, an electric force is applied between the driving layer and the upper and lower driving electrodes to rotate the driving layer. The micromirror 19 mounted on the driving layer is rotated. When the drive layer is rotated by an electric force acting by the drive electrode, the drive layer may contact the drive electrode, in particular the upper drive electrode. The upper drive electrode or the drive to prevent discharge due to contact between the drive layer and the drive electrode. An insulating film such as silicon oxide can be formed in the layer.

전술한 바와 같이 구동 레이어의 중앙부(도 1에서 격자 구조(17)의 교차점)에는 마이크로미러(19)를 장착하기 위한 미러 요크(18)가 형성된다. 미러 요크는 폴리실리콘 등의 재료로 구성되고, 미러 요크 위에 장착되는 마이크로미러(19)는 임의의 형태를 가질 수 있으나 통상 원형 또는 사각형의 형태로 형성된다. 미러의 크기는 스위치 소자에 입사되는 입사 빔의 폭 및 해상도에 따라 적절히 조절되고, 미러의 반사 표면은 금 또는 니켈 등의 금속을 증착시켜 형성될 수 있다.As described above, a mirror yoke 18 for mounting the micromirror 19 is formed at the center of the drive layer (the intersection of the lattice structures 17 in FIG. 1). The mirror yoke is made of a material such as polysilicon, and the micromirror 19 mounted on the mirror yoke may have any shape, but is usually formed in the form of a circle or a rectangle. The size of the mirror is appropriately adjusted according to the width and resolution of the incident beam incident on the switch element, and the reflective surface of the mirror may be formed by depositing a metal such as gold or nickel.

도 2는 도 1의 분해도에 도시된 구성요소들이 결합된 상태의 광파장 스위치 구조를 나타내는 사시도이다. 도 2에서 선 X, Y는 구동 레이어(25)의 각 변과 직교하는 회전축을 나타내고, 선 I, II는 구동 레이어(25)의 대각선 방향의 회전축을 나타낸다. 도 2에 나타난 바와 같이 4개의 상부 구동 전극(21 내지 24)이 구동 레이어(25)의 각 변을 덮도록 형성되고 상부 구동 전극의 아래에는 도시되지는 않았지만 각 상부 구동 전극에 대응하는 도 1과 같은 형태의 하부 구동 전극(21' 내지 24')이 형성된다. 스위치의 비 구동 상태에서 구동 레이어(25) 및 마이크로미러(27)는 4개의 레그(26)에 의하여 기판(20)으로부터 이격 되어 기판과 수평을 이루도록 지지되어 있고, 구동 레이어의 4개 변은 각각 상부 구동 전극의 전극판 및 하부 구동 전극의 사이에 비접촉 상태로 삽입되어 있다. 구동 레이어를 회전시키는 전기력을 얻기 위하여 격자 구조가 패터닝되지 않은 구동 레이어의 각 변의 충분한 면적이 상부 및 하부 구동 전극 사이에 삽입되는 것이 바람직하다. 스위치에 구동 전극이 인가되지 않은 상태에서 구동 레이어는 상부 구동 전극과 하부 구동 전극의 중간 지점에 이들 전극과 평행을 이루며 위치하는 것이 바람직하다. 또한, 구동 레이어와 상부 및 하부 구동 전극의 간격은 구동 레이어가 입사광을 원하는 경로로 스위칭 하기 위하여 필요한 회전 각도를 허용할 수 있는 거리가 되어야 한다. 이하에서는 도 2의 광파장 스위치의 구동 레이어 및 구동 전극에 전압이 인가되어 스위치가 동작하는 과정을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.FIG. 2 is a perspective view illustrating an optical wavelength switch structure in which the components shown in the exploded view of FIG. 1 are combined. In FIG. 2, the lines X and Y represent rotation axes orthogonal to each side of the drive layer 25, and the lines I and II represent rotation axes in the diagonal direction of the drive layer 25. As shown in FIG. 2, four upper driving electrodes 21 to 24 are formed to cover each side of the driving layer 25, and although not shown below the upper driving electrode, the upper driving electrodes 21 to 24 correspond to each upper driving electrode. Lower drive electrodes 21 'to 24' of the same shape are formed. In the non-driving state of the switch, the driving layer 25 and the micromirror 27 are supported to be parallel to the substrate by being spaced apart from the substrate 20 by four legs 26, and the four sides of the driving layer are respectively It is inserted in a non-contact state between the electrode plate of the upper drive electrode and the lower drive electrode. In order to obtain the electric force for rotating the drive layer, it is preferable that a sufficient area of each side of the drive layer in which the lattice structure is not patterned is inserted between the upper and lower drive electrodes. In a state in which a driving electrode is not applied to the switch, the driving layer is preferably positioned in parallel with these electrodes at an intermediate point between the upper driving electrode and the lower driving electrode. In addition, the distance between the drive layer and the upper and lower drive electrodes should be such that the drive layer can tolerate the required rotation angle to switch the incident light to the desired path. Hereinafter, a process in which the switch is operated by applying a voltage to the driving layer and the driving electrode of the optical wavelength switch of FIG. 2 will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3은 도 2의 회전축 Y를 따라 절개한 광파장 스위치의 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 스위치의 비구동 상태에서 구동 레이어(25)는 점선으로 표시된 레그(26)에 의하여 구동 레이어의 양 단부(25A 및 25B)가 각각 한 쌍의 하부 구동 전극(21', 23') 및 한 쌍의 상부 구동 전극(21, 23)의 중간 위치에 비접촉 상태로 삽입되어 이들 전극과 평행을 이루도록 배치된다. 스위치의 구동 시에 구동 레이어는 외부 전원으로부터 레그(26)을 통하여 일정한 전압 VD로 바이어스 되고, 예를 들어 도 3 좌측의 상부 구동 전극(21)은 VD와 같은 극성의 전위 VH로 바이어스 되는 동시에 이에 대응하는 하부 구동 전극(21')은 VD와 극성이 다르거나 0 V의 전위를 가지는 VL로 바이어스 된다. 이때 바람직하게는 VH는 VD와 동일한 극성과 전위를 가지고, VL은 0 V의 전위를 가질 수 있다. 이 경우에는 구동 레이어, 상하 구동 전극이 VD와 0 V의 두 가지 전압만으로 구동되므로 스위치를 구동하는 전원 구조 및 전압 패턴을 단순화 할 수 있는 장점이 있다. 이러한 상태에서 상부 구동 전극과 구동 레이어는 동일한 극성의 전위로 바이어스 되므로 구동 레이어의 좌측 단(25A)는 상부 구동 전극(21)에 의하여 도 3의 아래 방향으로 향하는 전기적 척력을 받게 된다. 또한 구동 레이어와 하부 구동 전극(25)은 상호 상이한 극성의 전위를 가지거나 하부 구동 전극이 0V의 전위를 가지므로 정전 유도 현상 등에 의하여 구동 레이어의 좌측 단(25A)는 하부 구동 전극(21')에 의하여 도 3의 아래 방향을 행하는 전기적 인력을 받게 된다. 따라서, 구동 레이어의 좌측 단(25A)는 상부 구동 전극에 의한 척력과 하부 구동 전극에 의한 인력에 의하여 도 3의 아래 방향으로 힘을 받게 되어 레그(26)이 기판(20)에 접촉된 상태를 유지한다. 이와 동시에 도 3의 우측의 상부 구동 전극(23) 및 하부 구동 전극(23')에 좌측의 구동 전압과 반대의 구동 전압, 즉 VL및 VH를 각각 인가하면 상부 구동 전극(23)과 구동 레이어의 우측 단(25B) 사이에 전기적 인력이 작용하고, 하부 구동 전극(23')과 구동 레이어의 우측 단(25B) 사이에 전기적 척력이 작용하여 구동 레이어의 우측 단(25B)이 도 3의 위 방향으로 들어 올려지게 된다. 이 경우 구동 레이어의 좌측 단은 기판 쪽으로 밀착시키는 힘을 받는 동시에 우측 단은 위로 들어 올려지므로 구동 레이어(25)는 결국 도 2의 축 X를 중심으로 시계 반대 방향으로 회전된다.3 is a cross-sectional view of the optical wavelength switch cut along the rotation axis Y of FIG. As shown in FIG. 3, in the non-driven state of the switch, the driving layer 25 is connected to the pair of lower driving electrodes 21 ′ by the two ends 25A and 25B of the driving layer, respectively, by legs 26 indicated by dotted lines. 23 ') and the pair of upper drive electrodes 21, 23 are inserted in a non-contact state and arranged in parallel with these electrodes. When the switch is driven, the driving layer is biased to a constant voltage V D from the external power supply through the leg 26. For example, the upper driving electrode 21 on the left side of FIG. 3 is biased to the potential V H having the same polarity as V D. At the same time, the lower driving electrode 21 ′ is biased to V L having a potential different from that of V D or having a potential of 0 V. At this time, preferably, V H may have the same polarity and potential as V D, and V L may have a potential of 0 V. In this case, since the driving layer and the vertical driving electrode are driven with only two voltages, V D and 0 V, the power supply structure and voltage pattern for driving the switch can be simplified. In this state, since the upper driving electrode and the driving layer are biased with the same polarity potential, the left end 25A of the driving layer is subjected to the electric repulsion directed downward in FIG. 3 by the upper driving electrode 21. In addition, since the driving layer and the lower driving electrode 25 have potentials having different polarities from each other, or the lower driving electrode has a potential of 0 V, the left end 25A of the driving layer is formed by the lower driving electrode 21 'due to the electrostatic induction. By the electric attraction in the downward direction of FIG. Accordingly, the left end 25A of the driving layer is forced downward by the repulsive force of the upper driving electrode and the attractive force of the lower driving electrode, so that the leg 26 is in contact with the substrate 20. Keep it. At the same time, when a driving voltage opposite to the driving voltage on the left side, that is, V L and V H is applied to the upper driving electrode 23 and the lower driving electrode 23 ′ on the right side of FIG. 3, the upper driving electrode 23 and the driving unit are driven. An electrical attraction force is applied between the right end 25B of the layer, and electrical repulsive force is applied between the lower drive electrode 23 ′ and the right end 25B of the drive layer so that the right end 25B of the drive layer is shown in FIG. 3. It will be lifted upwards. In this case, the left end of the drive layer is pressed against the substrate while the right end is lifted up, so the drive layer 25 is eventually rotated counterclockwise about the axis X of FIG.

한편, 도 3의 좌측 및 우측에 위치한 상하 구동 전극 쌍(21, 21' 및 23, 23')에 위에서 설명한 바와 반대되는 구동 전압을 인가하면 구동 레이어의 좌측 단(25A)이 상부 구동 전극(21) 방향으로 들려지고 우측 단(25B)이 기판 쪽으로 당겨지는 힘을 받으므로 도 2의 축 X를 중심으로 시계 방향으로 회전하게 된다. 이와 같이 구동 레이어에 일정한 바이어스 전압 VD를 인가한 상태에서 도 2 및 도 3의좌측 상하 전극 쌍(21, 21') 및 우측 상하 전극 쌍(23, 23')에 인가되는 구동 전압 VH및 VL의 패턴을 선택함으로써 구동 레이어를 도 2의 축 X를 중심으로 양 방향으로 회전시킬 수 있다.On the other hand, when the driving voltages opposite to those described above are applied to the upper and lower driving electrode pairs 21, 21 ′ and 23, 23 ′ located on the left and right sides of FIG. 3, the left end 25A of the driving layer is the upper driving electrode 21. Direction and the right end 25B is pulled toward the substrate to rotate clockwise about axis X of FIG. 2. Thus, the driving voltage applied to the driving in of applying a constant bias voltage V D to the layer state 2, and left upper and lower pair of electrodes of FIG. 3 (21, 21 ') and the right upper and lower pair of electrodes (23, 23'), V H and By selecting the pattern of V L , the driving layer can be rotated in both directions about the axis X of FIG. 2.

또한, 도 2의 축 X를 따라 절개한 광파장 스위치의 단면은 도 3과 동일한 구조가 된다. 따라서, 위에서 설명한 바와 동일하게 구동 레이어에 일정한 바이어스 전압 VD를 인가한 상태에서 도 2의 축 X 상의 상하 전극 쌍(22, 22' 및 24, 24')에 구동 전압 VH및 VL를 위에서 설명한 바와 동일한 방식으로 인가하면 구동 레이어를 도 2의 축 Y를 중심으로 시계 방향 및 시계 반대 방향으로 회전시킬 수 있음을 용이하게 알 수 있다. 이와 같이, 4쌍의 구동 레이어에 인가되는 구동 전압의 패턴을 적절히 선택함으로써, 본 발명의 광파장 스위치의 구동 레이어를 도 2의 축 X 및 Y를 중심으로 임의의 방향으로 회전시킬 수 있다.In addition, the cross section of the optical wavelength switch cut along the axis X of FIG. 2 becomes the same structure as FIG. Accordingly, as described above, the driving voltages V H and V L are applied to the upper and lower electrode pairs 22, 22 ′ and 24 and 24 ′ on the axis X of FIG. 2 while a constant bias voltage V D is applied to the driving layer. When applied in the same manner as described, it can be easily seen that the driving layer can be rotated clockwise and counterclockwise about the axis Y of FIG. 2. In this way, by appropriately selecting the pattern of drive voltages applied to the four pairs of drive layers, the drive layer of the optical wavelength switch of the present invention can be rotated in any direction about the axes X and Y in FIG.

이하에서는 도 2의 구동 레이어(25)를 대각선 방향 축 I 및 II를 중심으로 회전시키는 동작에 대하여 설명한다. 구동 레이어를 대각선 방향 축을 중심으로 회전시키는 경우에도 구동 레이어는 일정한 전압 VD로 바이어스 된다. 이때 축 I의 한 측에 배치된 상부 구동 전극, 예를 들어 구동 전극(21, 24)에 구동 레이어에 척력을 작용시키는 구동 전압 VH를 인가하고 이들에 대응하는 하부 구동 전극(21', 24')에 구동 레이어에 인력을 작용시키는 구동 전압 VL을 인가하면 구동 레이어는 기판을 향하는 힘을 받게 된다. 이와 동시에 축 I의 반대 쪽의 상하 구동전극(22, 22' 및 23, 23')에 이와 반대되는 구동 전압을 각각 인가하면 축 I의 반대 쪽의 구동 레이어는 상부 구동 전극(22, 23) 쪽으로 들리게 되어 결국 구동 레이어가 도 2의 축 I를 중심으로 시계 반대 방향으로 회전하게 된다. 또한, 축 I 양편의 상하 구동 전극들에 인가되는 구동 전압을 뒤바꾸면 구동 레이어가 도 2의 축 I를 중심으로 시계 방향으로 회전하게 된다. 이와 동일한 방식으로, 축 II 양편의 상하 구동 전극 쌍들에 인가되는 구동 전압의 패턴을 적절히 선택하면 구동 레이어를 도 2의 축 II를 중심으로 양 방향으로 회전시킬 수 있음을 용이하게 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 광파장 스위치는 대각선 회전축 I 또는 II의 한편의 인접한 상하 구동 전극 쌍에 동일한 패턴의 구동 전극을 인가하는 동시에 다른 편의 인접한 상하 구동 전극 쌍에 뒤바뀐 구동 전압을 각각 인가함으로써 구동 레이어를 임의의 대각선 방향 회전축을 중심으로 양 방향으로 회전시킬 수 있음을 알 수 있다.Hereinafter, an operation of rotating the driving layer 25 of FIG. 2 about the diagonal axes I and II will be described. Even when the drive layer is rotated about the diagonal axis, the drive layer is biased with a constant voltage V D. At this time, the driving voltage V H for applying the repulsive force to the driving layer is applied to the upper driving electrodes disposed on one side of the axis I, for example, the driving electrodes 21 and 24, and the lower driving electrodes 21 ′ and 24 corresponding thereto are applied. When applying a drive voltage V L that applies a driving force to the layers') running layer is subjected to force directed toward the substrate. At the same time, when opposite driving voltages are applied to the upper and lower driving electrodes 22, 22 'and 23 and 23' opposite to the axis I, the driving layers opposite to the axis I are directed to the upper driving electrodes 22 and 23, respectively. The drive layer is then rotated counterclockwise about axis I of FIG. 2. In addition, when the driving voltage applied to the vertical driving electrodes on both sides of the axis I is reversed, the driving layer rotates clockwise about the axis I of FIG. 2. In the same manner, it can be easily seen that by appropriately selecting the pattern of the driving voltage applied to the upper and lower driving electrode pairs on both sides of the axis II, the driving layer can be rotated in both directions about the axis II of FIG. 2. As described above, the optical wavelength switch of the present invention applies a drive electrode of the same pattern to one adjacent pair of vertical drive electrodes on the diagonal rotation axis I or II, and simultaneously applies a reversed driving voltage to the adjacent pair of vertical drive electrodes. It can be seen that it can be rotated in both directions about any diagonal rotation axis.

이상에서 설명한 바와 같이, 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 따른 광파장 스위치는 구동 레이어의 각 변에 설치된 4쌍의 상하 구동 전극에 인가되는 구동 전압의 패턴을 선택함으로써 구동 레이어 및 구동 레이어에 장착된 마이크로미러를 4개의 회전축을 중심으로 임의의 방향으로 회전시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 광파장 스위치는 하나의 스위치 소자를 사용하여 입사되는 광 신호를 여러 경로로 반사시켜 다양한 광통신 경로를 형성할 수 있다. 본 발명에 따른 광파장 스위치 소자는 마이크로프로세서 등을 사용하여 구동 전극들에 인가되는 전압 패턴만을 선택하여 다양한 광통신 경로를 임의로 형성할 수 있으므로 대용량의 스위칭 용량이요구되는 광통신 시스템에 효과적으로 이용될 수 있다.As described above, the optical wavelength switch according to the exemplary embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2 selects a pattern of driving voltages applied to four pairs of vertical driving electrodes disposed on each side of the driving layer, thereby selecting the driving voltage and the driving layer. The mounted micromirror can be rotated in any direction about four axes of rotation. Accordingly, the optical wavelength switch of the present invention can form various optical communication paths by reflecting the incident optical signal in various paths using one switch element. Since the optical wavelength switch element according to the present invention can arbitrarily form various optical communication paths by selecting only a voltage pattern applied to driving electrodes using a microprocessor or the like, it can be effectively used in an optical communication system requiring a large switching capacity.

또한, 본 발명에 따른 광파장 스위치는 상부 및 하부 구동 전극에 의하여 작용되는 전기적 인력 및 척력이 합성된 힘에 의하여 구동 레이어를 회전시키고 구동 레이어를 사이에 두고 마주보는 2 쌍의 구동 전극 쌍에 상호 뒤바뀐 패턴의 구동 전압을 인가함으로써 구동 레이어의 회전력을 배가시키므로, 구동 레이어와 상하 구동 전극의 바이어스 전압의 차이 즉, VH-VD, VD-VL을 비교적 작게 하더라도 구동 레이어를 신속하게 회전시킬 수 있어 응답 특성이 우수한 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 광파장 스위치는 구동 레이어와 상하 구동 전극 사이의 전위 차가 상대적으로 작으므로 구동 레이어와 구동 전극 사이에 아크 방전이 일어나 소자의 수명을 단축시키는 문제를 방지할 수 있다.In addition, the optical wavelength switch according to the present invention rotates the driving layer by the combined force of the electric attraction force and the repulsive force acting by the upper and lower driving electrodes and is mutually reversed to two pairs of driving electrode pairs facing each other with the driving layer interposed therebetween. Since the rotational force of the driving layer is doubled by applying the driving voltage of the pattern, the driving layer can be rapidly rotated even if the difference between the bias voltages of the driving layer and the upper and lower driving electrodes, that is, V H -V D and V D -V L is relatively small. It has the advantage of excellent response characteristics. In addition, in the optical wavelength switch according to the present invention, since the potential difference between the driving layer and the vertical driving electrode is relatively small, an arc discharge occurs between the driving layer and the driving electrode, thereby preventing the problem of shortening the life of the device.

도 4-5는 도 1-3의 실시예의 변형된 구조를 보여주는데, 도 4-5에서는 도 2-3의 구성 요소와 대응하는 구성 요소에 대하여 동일한 참조 번호를 사용한다. 도 4는 도 3과 대응하는 단면도로서, 마이크로미러(27)가 장착된 구동 레이어(25)가 도 2-3의 레그(26) 대신에 구동 레이어의 중앙 하단으로부터 연장되는 탄성 빔(28)에 의하여 기판(20) 상에 지지되어 있음을 보여준다. 탄성 빔(28)은 광파장 스위치가 구동될 때 구동 레이어(25)에 바이어스 전압 VD를 인가하는 도전선 역할을 하기도 한다. 구동 레이어를 탄성 빔에 의하여 지지한 상태에서 상부 구동 전극(21, 23) 및 하부 구동 전극(21', 23')에 적절한 패턴의 구동 전압을 인가하면 이상에서 설명한 바와 동일한 원리로 구동 레이어(25)를 도 2의 축 X를 중심으로 임의의 방향으로 회전시킬 수 있고, 다른 전극에도 적절한 형태의 구동 전압을 인가하면 도 2-3과 관련하여 설명한 바와 같이 구동 레이어를 도 2의 회전축 X, Y, I 및 II를 중심으로 임의의 방향으로 회전시킬 수 있어 전술할 실시예의 효과를 얻을 수 있다.Figures 4-5 show a modified structure of the embodiment of Figures 1-3, in which Figure 4-5 uses the same reference numerals for the components corresponding to those of Figures 2-3. 4 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3, in which the drive layer 25 with the micromirror 27 is mounted on an elastic beam 28 extending from the lower center of the drive layer instead of the legs 26 of FIGS. 2-3. By means of being supported on the substrate 20. The elastic beam 28 also serves as a conductive line for applying a bias voltage V D to the driving layer 25 when the optical wavelength switch is driven. When a driving voltage having an appropriate pattern is applied to the upper driving electrodes 21 and 23 and the lower driving electrodes 21 'and 23' while the driving layer is supported by the elastic beam, the driving layer 25 is applied in the same principle as described above. ) Can be rotated in any direction about the axis X of FIG. 2, and if a suitable driving voltage is applied to other electrodes, the driving layer can be rotated as described with reference to FIGS. 2-3. , I and II can be rotated in any direction to obtain the effects of the above-described embodiment.

도 5는 도 4의 탄성 빔(28)을 피봇 지지부(29)로 대체한 실시예를 도시한다. 피봇 지지부(29)는 도 4의 탄성 빔과 같이 통상 구동 레이어(25)의 중앙 하단에 설치된다. 피봇 지지부(29)는 구동 레이어(25)의 양 단부(25A, 25B)가 상부 구동 전극(21, 23) 및 이에 대응하는 하부 구동 전극(21', 23') 사이에서 상하 구동 전극과 접촉하지 않는 범위 내에서 입사광을 원하는 경로로 스위칭하기 위하여 필요한 각도로 회전할 수 있도록 하는 피봇 동작 범위를 갖도록 설계되는 것이 바람직하다.FIG. 5 illustrates an embodiment in which the elastic beam 28 of FIG. 4 is replaced with a pivot support 29. The pivot support 29 is usually installed at the center lower end of the drive layer 25 as in the elastic beam of FIG. 4. The pivot support 29 is such that both ends 25A, 25B of the drive layer 25 are not in contact with the top and bottom drive electrodes between the upper drive electrodes 21, 23 and the corresponding lower drive electrodes 21 ', 23'. It is desirable to be designed to have a range of pivotal motions that allow it to rotate at an angle necessary to switch incident light to a desired path within a range of not.

도 6은 도 4의 피봇 지지부(29)의 구조를 예시하는 단면도이다. 도 6에서 기판(60) 상에 가이드 부재(62)가 박스형 또는 원통형으로 형성된다. 가이드 부재(62)의 내부에는 핀 조인트(61)가 삽입되고 핀 조인트로부터 가이드 부재의 가이드 홀을 통하여 조인트 네크(joint neck; 63)가 연장되고 조인트 연결부재에는 지지판(64)가 연결되어 있다. 지지판(64)에는 광파장 스위치의 구동 레이어(65)가 장착된다. 경우에 따라 광파장 스위치의 구동 레이어(65)는 지지판(64)에 직접 장착되지 않고 연결 빔과 같은 별도의 부재를 사용하여 장착될 수 있다. 도 6의 피봇 구조물은 양호하게는 희생층이 개장된 폴리실리콘층을 적층하고, 에칭 등을 사용하여 희생층을 제거하는 방법으로 형성되는데, 이러한 공정의 예가 미국특허 제6,040,935호 등에 기재되어 있다.6 is a cross-sectional view illustrating the structure of the pivot support 29 of FIG. 4. In FIG. 6, the guide member 62 is formed in a box shape or a cylindrical shape on the substrate 60. A pin joint 61 is inserted into the guide member 62, a joint neck 63 extends from the pin joint through the guide hole of the guide member, and a support plate 64 is connected to the joint connecting member. The support plate 64 is equipped with a drive layer 65 of the light wavelength switch. In some cases, the driving layer 65 of the wavelength switch may be mounted using a separate member such as a connecting beam instead of being directly mounted to the support plate 64. The pivot structure of FIG. 6 is preferably formed by stacking a polysilicon layer with a sacrificial layer remodeled and removing the sacrificial layer using etching or the like. An example of such a process is described in US Pat. No. 6,040,935 and the like.

광파장 스위치의 구동 레이어가 구동 전극에 인가되는 구동 전압에 의하여 회전하면 도 6의 피봇 지지부의 핀 조인트 및 지지판은 구동 레이어의 회전 각도만큼 회전하게 된다. 피봇 지지부가 소정의 각도만큼 회전하게 되면 지지판의 하단부가 가이드 부재와 접촉하게 되어 회전이 멈추게 된다. 즉, 구동 레이어를 도 4와 같은 탄성 빔에 의하여 지지하는 경우에는 구동 레이어가 구동 전극에 의하여 작용되는 회전력과 탄성 빔의 탄성력이 평형을 이루는 각도로 연속적으로 회전하는데 반하여, 피봇 지지부에 의하여 구동 레이어를 지지하는 경우에는 구동 레이어가 피봇 구조에 의하여 제한된 일정한 각도만큼 회전하게 된다. 따라서, 피봇 구조는 스위치 구동 시에 구동 레이어가 2 개의 안정된 위치를 갖도록 할 수 있는 장점이 있고 구동 레이어의 회전 시에 회전을 저지하는 탄성력을 작용하지 않으므로 구동 레이어를 보다 신속이 회전시킬 수 있는 장점도 가진다. 이와 같이, 구동 레이어의 지지 방식은 광파장 스위치의 설계 요구 조건에 따라 선택될 수 있다.When the driving layer of the optical wavelength switch rotates by the driving voltage applied to the driving electrode, the pin joint and the supporting plate of the pivot support of FIG. 6 rotate by the rotation angle of the driving layer. When the pivot support is rotated by a predetermined angle, the lower end of the support plate comes into contact with the guide member to stop the rotation. That is, when the driving layer is supported by the elastic beam as shown in FIG. 4, the driving layer continuously rotates at an angle where the rotational force applied by the driving electrode and the elastic force of the elastic beam are in equilibrium, whereas the driving layer is driven by the pivot support part. In the case of supporting the driving layer is rotated by a certain angle limited by the pivot structure. Therefore, the pivot structure has the advantage of allowing the drive layer to have two stable positions when the switch is driven, and the advantage of being able to rotate the drive layer more quickly because it does not exert an elastic force that prevents rotation when the drive layer is rotated. Also have. As such, the support scheme of the drive layer may be selected according to the design requirements of the optical wavelength switch.

도 7은 도 1 및 도 2의 광파장 스위치의 다른 실시예를 보여주는 사시도이다. 도 7의 광파장 스위치의 구성은 도 6 및 도 7의 스위치의 구성과 대체적으로 동일하나, 구동 레이어(79)의 한 측면에 두 쌍의 상부 구동 전극 및 하부 구동 전극을 설치한 점에서 차이가 있다. 도 7의 스위치는 상부 구동 전극과 하부 구동 전극으로 이루어지는 전극 쌍(71 내지 78)에 구동 전압을 인가하여 구동 레이어(79)를 회전축 X, Y 및 대각선 회전축 I, II를 중심으로 임의의 방향으로 회전시킬 수 있다. 구동 레이어를 회전축 X을 중심으로 시계 방향으로 회전시키기위해서는 전극 쌍(71 및 78)에는 구동 레이어를 상승시키는 힘이 작용하도록 전압을 인가하는 동시에 반대편의 전극 쌍(74 및 75)에는 구동 레이어를 하강시키는 힘이 작용하도록 전압을 인가한다. 그리하면 전극쌍(71 및 78)에 의하여 작용하는 상승력과 반대편 전극쌍(74 및 75)에 의하여 작용하는 하강력에 의하여 구동 레이어가 회전축 X을 중심으로 시계 방향으로 회전하게 된다. 전극 쌍(71, 74, 75, 78)의 상하 전극에 인가되는 구동 전압을 뒤바꿔 인가하면 구동 레이어가 회전축 X를 중심으로 시계 반대 방향으로 회전하게 된다.7 is a perspective view illustrating another embodiment of the optical wavelength switch of FIGS. 1 and 2. The configuration of the optical wavelength switch of FIG. 7 is substantially the same as that of the switches of FIGS. 6 and 7, but differs in that two pairs of upper and lower driving electrodes are provided on one side of the driving layer 79. . The switch of FIG. 7 applies a driving voltage to the electrode pairs 71 to 78 consisting of an upper driving electrode and a lower driving electrode to move the driving layer 79 in any direction about the rotational axes X, Y and the diagonal rotational axes I, II. Can be rotated. To rotate the drive layer clockwise around the axis of rotation X, a voltage is applied to the electrode pairs 71 and 78 to raise the drive layer, while the drive layer is lowered to the opposite electrode pairs 74 and 75. Apply a voltage so that the force to act. Then, the driving layer rotates clockwise about the rotation axis X by the upward force applied by the electrode pairs 71 and 78 and the downward force applied by the opposite electrode pairs 74 and 75. When the driving voltage applied to the upper and lower electrodes of the electrode pairs 71, 74, 75, and 78 is reversed, the driving layer rotates counterclockwise about the rotation axis X.

대각선 회전축 I을 중심으로 구동 레이어를 회전시키기 위해서는, 예를 들어 회전축 I에서 떨어진 두 개의 전극 쌍(77, 78)에 구동 레이어를 상승시키는 구동 전압을 인가하고 대향 측 전극 쌍(73, 74)에 구동 레이어를 하강시키는 전압을 인가하면 구동 레이어가 회전축 I을 중심으로 시계 방향으로 회전된다. 이 경우에도 전극 쌍(73, 74, 77, 78)의 상하 구동 전극에 인가되는 구동 전압을 뒤바꿔 인가하면 구동 레이어가 회전축 I를 중심으로 반대 방향으로 회전하게 된다. 이러한 방식으로 전극 쌍(71 내지 78)에 인가되는 구동 전압의 패턴을 제어하면 광파장 스위치의 구동 레이어를 회전축 X, Y 및 대각선 방향 회전축 I, II를 중심으로 임의의 방향으로 회전시킬 수 있다.In order to rotate the drive layer about the diagonal axis I, for example, a driving voltage for raising the drive layer is applied to two electrode pairs 77 and 78 away from the axis I and the opposite electrode pairs 73 and 74. When a voltage for lowering the driving layer is applied, the driving layer is rotated clockwise about the rotation axis I. Even in this case, if the driving voltage applied to the vertical driving electrodes of the electrode pairs 73, 74, 77, and 78 is reversed, the driving layer rotates in the opposite direction about the rotation axis I. By controlling the pattern of the driving voltage applied to the electrode pairs 71 to 78 in this manner, the driving layer of the optical wavelength switch can be rotated in any direction around the rotational axis X, Y and the diagonal rotational axes I, II.

또한, 광파장 스위치의 구동 시에 8개의 전극 쌍 모두에 구동 전압을 인가할 수도 있다. 예를 들어 구동 레이어를 위에서 설명한 바와 같이 도 7의 회전축 X를 중심으로 시계 방향으로 회전시키고자 할 때 전극 쌍(71, 78)에는 구동 레이어를 상승시키는 전압 패턴을 인가하고, 대향 측 전극 쌍(74, 75)에는 구동 레이어를 하강시키는 전압을 인가하는 동시에 전극 쌍(71, 78)에 인접한 전극 쌍(72 및 77)에는 전극 쌍(71, 78)의 상하 구동 전극에 인가되는 전압과 동일한 극성을 갖고 바람직하게는 상대적으로 전위가 낮은 구동 전압을 인가하여 구동 레이어에 상승력을 작용시키고 대향 측 전극 쌍(74, 75)에 인접한 전극 쌍(73, 76)에는 전극 쌍(74, 75)의 상하 구동 전극에 인가되는 전압과 동일한 극성을 갖고 바람직하게는 상대적으로 전위가 낮은 구동 전압을 인가하여 구동 레이어에 하강력을 작용시킬 수 있다. 이렇게 8개 전극 쌍 모두에 구동 전압을 인가하는 방식을 사용하면 4개의 구동 전극 쌍에만 구동 전압을 인가하는 경우에 비하여 스위치 소자의 응답 특성을 개선할 수 있고, 마이크로미러의 편향각을 미세하게 제어할 수 있는 장점이 있다. 이상에서는 도 7의 광파장 스위치 장치를 회전축 X를 중심으로 시계 방향으로 회전시키는 예에 대하여 설명하였으나, 회전축 Y 및 I, II 중 임의의 회전축을 중심으로 임의의 방향으로 구동 레이어를 회전시키는 경우에도 이상에서 설명한 방식과 동일하게 8 쌍의 구동 전극 모두에 구동 전압을 인가하여 구동 레이어를 회전시킬 수 있다.In addition, a driving voltage may be applied to all eight electrode pairs when the optical wavelength switch is driven. For example, when the driving layer is to be rotated clockwise about the rotation axis X of FIG. 7 as described above, a voltage pattern for raising the driving layer is applied to the electrode pairs 71 and 78, and the opposite electrode pair ( 74 and 75 are applied with a voltage for lowering the driving layer, while the electrode pairs 72 and 77 adjacent to the electrode pairs 71 and 78 have the same polarity as the voltage applied to the upper and lower drive electrodes of the electrode pairs 71 and 78. And applying a driving voltage having a relatively low potential to exert a lift force on the driving layer, and the electrode pairs 73 and 76 adjacent to the opposite side electrode pairs 74 and 75 are disposed on the upper and lower sides of the electrode pairs 74 and 75. A lowering force may be applied to the driving layer by applying a driving voltage having the same polarity as the voltage applied to the driving electrode and preferably having a relatively low potential. Using the method of applying the driving voltage to all eight electrode pairs as described above can improve the response characteristics of the switch element compared to the case of applying the driving voltage only to the four driving electrode pairs, and finely control the deflection angle of the micromirror. There is an advantage to this. In the above, an example in which the optical wavelength switch device of FIG. 7 is rotated in a clockwise direction about the rotation axis X has been described. However, even when the driving layer is rotated in an arbitrary direction about an arbitrary rotation axis among the rotation axes Y, I, and II, In the same manner as described above, a driving voltage may be applied to all of the eight pairs of driving electrodes to rotate the driving layer.

도 7에서는 도 1 및 2의 경우와 같이 구동 레이어(79)가 레그(80)에 의하여 지지되어 있으나, 도 7의 광파장 스위치의 구동 레이어(79)는 예를 들어 도 4와 관련하여 설명된 바와 같이 구동 레이어(또는 격자 구조)의 중앙 하부에 기판과 결합된 탄성 빔에 의하여 지지될 수도 있고 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 피봇 지지부에 의하여 지지될 수도 있다. 구동 레이어의 지지 방식은 광파장 스위치의 설계 요구 조건에 따라 선택될 수 있다. 또한, 도 7의 실시예에서는 구동 레이어의한 측면에 2개의 구동 전극 쌍이 배치되어 있으나 필요에 따라 구동 레이어의 한 측면에 3개 이상의 구동 전극 쌍을 배치할 수도 있다.In FIG. 7, the driving layer 79 is supported by the legs 80 as in the case of FIGS. 1 and 2, but the driving layer 79 of the optical wavelength switch of FIG. 7 is, for example, as described with reference to FIG. 4. Likewise, it may be supported by an elastic beam coupled to the substrate at the center lower portion of the driving layer (or lattice structure) or by a pivot support as shown in FIGS. 5 and 6. The support scheme of the drive layer can be selected according to the design requirements of the optical wavelength switch. In addition, although two driving electrode pairs are disposed on one side of the driving layer in the embodiment of FIG. 7, three or more driving electrode pairs may be arranged on one side of the driving layer as necessary.

이상에서는 구동 레이어를 사각형으로 형성하고 구동 레이어의 각 변에 한 쌍 이상의 상하 구동 전극을 배치하여 구동 레이어를 4개의 회전축을 중심으로 회전시키는 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 원리는 이하에서 설명하는 바와 같이 구동 레이어를 원형으로 형성하는 실시예에도 동일하게 적용될 수 있다. 도 8a는 구동 레이어를 원형으로 형성된 본 발명의 광파장 스위치 장치의 평면도이고 도 8b는 도 8a의 선 I을 따라 절개한 도 8a의 광파장 스위치의 단면도이다. 도 8a 및 도 8b에서 보는 바와 같이, 기판(85) 상에 탄성 빔(84)에 의하여 마이크로미러(81)을 장착한 원형의 구동 레이어(82)가 지지되어 있고 구동 레이어의 원주를 따라 8개의 상부 구동 전극(83A-83H) 및 이에 대응하는 하부 구동 전극(83'A-83'H)가 설치되어 있다. 도 8a 및 도 8b의 실시예에서 구동 레이어(82)의 형태를 제외한 다른 구조는 이상에서 설명한 바와 유사하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 원형 구동 레이어의 중앙부에는 도 1 또는 도 7의 실시예와 같이 격자 구조로 패터닝될 수 있다. 또한, 본 실시예의 스위치 구조도 이상에서 설명한 실시예와 유사한 방식으로 유사한 재질로 구성될 수 있다.In the above description, an embodiment in which the driving layer is formed in a quadrangle and one or more upper and lower driving electrodes are disposed on each side of the driving layer to rotate the driving layer about four rotation axes, but the principle of the present invention will be described below. The same may be applied to the embodiment in which the driving layer is formed in a circular shape. FIG. 8A is a plan view of the optical wavelength switch device of the present invention having a circular drive layer, and FIG. 8B is a cross-sectional view of the optical wavelength switch of FIG. 8A taken along line I of FIG. 8A. As shown in FIGS. 8A and 8B, a circular drive layer 82 in which the micromirror 81 is mounted by the elastic beam 84 is supported on the substrate 85 and eight along the circumference of the drive layer. The upper drive electrodes 83A-83H and the lower drive electrodes 83'A-83'H corresponding thereto are provided. 8A and 8B, other structures except for the shape of the driving layer 82 may be configured similarly to those described above. For example, the center portion of the circular driving layer may be patterned in a lattice structure as in the embodiment of FIG. 1 or 7. In addition, the switch structure of the present embodiment may be made of a similar material in a similar manner to the embodiment described above.

도 8b의 구동 레이어(82)에 탄성 빔(84)를 통하여 일정한 바이어스 전압 VD를 인가한 상태에서 각 상하 구동 전극(83A, 83'A, 83E, 83'E)에 이상에서 설명한 바와 동일한 방식으로 적절한 패턴의 구동 전압을 인가하면 도 8a의 축 I을 중심으로 구동 레이어(82)를 원하는 방향으로 회전시킬 수 있다. 또한, 구동 전압이 인가되는 구동 전극 쌍과 이들에 인가되는 구동 전압을 적절히 선택하면 도 7과 관련하여 설명한 바와 동일한 방식으로 구동 레이어(82)를 회전축 I-IV 중 임의의 회전축을 중심으로 임의의 방향으로 회전시킬 수 있다. 또한, 본 실시예에서 예를 들어 도 8b의 구동 전극 쌍(83A, 83'A 및 83E, 83'E)에 구동 레이어를 하나의 방향으로 회전시키는 전기력을 발생시키는 구동 전압이 각각 인가될 때 이들과 인접한 구동 전극 쌍들(83H, 83'H; 83B, 83'B; 83D, 83D'; 83F, 83'F)에도 도7과 관련하여 설명한 바와 같이 이와 동일한 방향으로 구동 레이어를 회전시키는 구동 전압이 인가될 수 있다. .The same method as described above for each of the upper and lower driving electrodes 83A, 83'A, 83E, 83'E while applying a constant bias voltage V D to the driving layer 82 of FIG. 8B through the elastic beam 84. By applying a driving voltage having an appropriate pattern, the driving layer 82 may be rotated in a desired direction about the axis I of FIG. 8A. In addition, when the driving electrode pair to which the driving voltage is applied and the driving voltage applied to the driving voltage are appropriately selected, the driving layer 82 may be moved about any of the rotation axes I-IV in the same manner as described with reference to FIG. 7. It can rotate in the direction. Further, in the present embodiment, for example, when a driving voltage for generating an electric force for rotating the driving layer in one direction is applied to the driving electrode pairs 83A, 83'A and 83E, 83'E of Fig. 8B, respectively, The driving voltage pairs 83H, 83'H; 83B, 83'B; 83D, 83D '; 83F, 83'F adjacent to each other also have a driving voltage for rotating the driving layer in the same direction as described with reference to FIG. Can be applied. .

도 8a 및 도 8b와 같이 구동 레이어를 원형으로 형성하는 경우에는, 구동 레이어의 원주를 따라 8개 이상, 예를 들어 12개 또는 16개의 구동 전극 쌍을 배치하여 6개 또는 8개의 회전축을 중심으로 회전시킬 수 있다. 구동 레이어를 사각형으로 형성하는 경우에는 4개 이상의 회전축을 중심으로 구동 레이어를 회전시키는데 어려움이 있을 수 있으나, 본 실시예와 같이 구동 레이어를 원형으로 구성하면 구동 레이어의 주위에 배치되는 구동 전극 쌍의 수를 증감함으로써 용이하게 구동 레이어가 회전되는 축의 수를 자유로이 선택할 수 있다. 또한, 구동 레이어(82)가 도 8b와 같이 탄성 빔(84)에 의하여 기판(85)에 지지될 수 있으나, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 피봇 지지부를 사용하여 지지될 수도 있다. 구동 레이어를 피봇 지지부에 의하여 지지하는 경우에도 구동 레이어 주위에 배치된 다수의 구동 전극 쌍에 선택적으로 구동 전압을 인가하여 구동 레이어가 회전되는 회전축과 회전 방향을 자유로이 선택할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 원리는 스위치를 구성하는구동 레이어의 형태 또는 구동 전극의 수효나 배치에 관계없이 광범위하게 적용될 수 있다.8A and 8B, when the driving layer is formed in a circular shape, eight or more, for example, 12 or 16 driving electrode pairs are arranged along the circumference of the driving layer, and the six or eight rotation axes are centered. Can be rotated. When the driving layer is formed in a quadrangle, it may be difficult to rotate the driving layer about four or more rotational axes. However, when the driving layer is formed in a circular shape as in the present embodiment, a pair of driving electrodes arranged around the driving layer may be formed. By increasing or decreasing the number, the number of axes on which the drive layer is rotated can be freely selected. In addition, the driving layer 82 may be supported on the substrate 85 by the elastic beam 84 as shown in FIG. 8B, but may be supported using a pivot support as shown in FIGS. 5 and 6. Even when the driving layer is supported by the pivot support, a driving voltage may be selectively applied to a plurality of pairs of driving electrodes arranged around the driving layer to freely select a rotation axis and a rotation direction in which the driving layer is rotated. As such, the principles of the present invention can be widely applied regardless of the shape of the drive layer constituting the switch or the number or arrangement of drive electrodes.

본 발명의 광파장 스위치 소자는 구동 레이어의 주위에 4개 이상의 구동 전극 쌍을 배치하고 각 구동 전극에 다양한 패턴의 구동 전압을 인가하여 구동 레이어 및 마이크로미러를 4개 이상의 회전축을 중심으로 임의의 방향으로 회전시킬 수 있어 하나의 축을 중심으로 회전하는 종래의 광파장 스위치에 비하여 많은 수의 광통신 경로를 설정할 수 있다. 따라서, 본 발명의 스위치 소자를 포함하는 스위칭 시스템은 동일한 수의 스위치 소자를 사용하더라도 종래의 스위치 소자를 사용하는 스위칭 시스템에 비하여 크게 증대된 스위칭 용량을 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 광파장 스위치 소자는 마이크로미러가 장착된 구동 레이어를 상부 구동 전극과 하부 구동 전극으로 이루어지는 한 쌍의 구동 전극에 의하여 작용하는 전기적 인력과 척력이 합성된 힘을 사용하여 회전시키기 때문에 구동 레이어와 상하 구동 전극에 인가되는 전압의 차이가 종래의 광파장 스위치 소자의 경우에 비하여 낮은 경우에도 효과적으로 광파장 스위치를 구동할 수 있고, 양호한 응답 특성을 얻을 수 있으며, 구동 레이어와 상하 구동 전극 간의 전위차를 줄일 수 있어 구동 레이어와 구동 전극 간의 방전 현상을 방지할 수 있다.The optical wavelength switch element of the present invention arranges four or more driving electrode pairs around the driving layer and applies various patterns of driving voltages to each driving electrode to move the driving layer and the micromirror in any direction about four or more rotation axes. The number of optical communication paths can be set as compared with the conventional optical wavelength switch which can rotate and rotate about one axis. Therefore, the switching system including the switch element of the present invention can have a greatly increased switching capacity compared to the switching system using the conventional switch element even if using the same number of switch elements. In addition, the optical wavelength switch element of the present invention is driven by rotating the drive layer equipped with the micromirror by using the combined force of the electric attraction force and the repulsive force acting by a pair of drive electrodes composed of an upper drive electrode and a lower drive electrode. Even when the difference between the voltages applied to the layer and the vertical drive electrode is lower than that of the conventional optical wavelength switch element, the optical wavelength switch can be effectively driven, a good response characteristic can be obtained, and the potential difference between the driving layer and the vertical drive electrode can be improved. It can be reduced to prevent the discharge phenomenon between the drive layer and the drive electrode.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상에 기초한 다양한 수정례 및 변형례도 본 발명의 범주에 속할 수 있다.As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, Various modifications and modifications based on the technical idea of this invention may belong to the scope of the present invention.

Claims (22)

광 통신망에 사용되는 광파장 스위치 장치에 있어서,In the optical wavelength switch device used in an optical communication network, 스위치 기판;Switch substrates; 임의의 방향으로 회전 가능하도록 상기 기판에 지지되고 입사광을 반사시키는 미러를 포함하는 구동 레이어;A drive layer including a mirror supported on the substrate to be rotatable in an arbitrary direction and reflecting incident light; 각각 하부 구동 전극 및 상부 구동 전극을 포함하고 상기 구동 레이어의 주위에 배치된 4개 이상의 구동 전극 쌍을 포함하고,Four or more pairs of drive electrodes each including a lower drive electrode and an upper drive electrode and disposed around the drive layer; 상기 구동 레이어가 소정의 전위로 바이어스 되고 적어도 하나의 상기 구동 전극 쌍의 상기 상부 구동 전극과 하부 구동 전극 중 하나의 전극에는 상기 구동 레이어에 인가된 전압과 동일한 극성의 구동 전압이 인가되고 다른 하나의 전극에는 상기 구동 레이어에 인가된 전압과 반대 극성 또는 0 V 전위의 구동 전압이 인가되는 광파장 스위치 장치.The driving layer is biased to a predetermined potential, and a driving voltage of the same polarity as that applied to the driving layer is applied to one of the upper driving electrode and the lower driving electrode of the at least one pair of driving electrodes, and the other And a driving voltage having a polarity or 0 V potential opposite to that applied to the driving layer. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 구동 레이어가 대체적으로 사각형 형태를 가지고 상기 구동 전극 쌍이 상기 구동 레이어의 한 변에 적어도 하나씩 배치된 광파장 스위치 장치.And the driving layer has a generally rectangular shape and the driving electrode pairs are disposed at least one side of one side of the driving layer. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 구동 레이어가 대체적으로 원형 형태를 가지고 상기 구동 전극 쌍이 상기 구동 레이어의 원주를 따라 배치된 광파장 스위치 장치.And the driving layer has a generally circular shape and the driving electrode pairs are arranged along the circumference of the driving layer. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 구동 전압이 인가되는 하나의 상기 구동 전극 쌍의 상기 상부 구동 전극과 하부 구동 전극에 각각 인가되는 구동 전압이 상호 뒤바뀌어 상기 구동 레이어를 사이에 두고 대향하는 상기 구동 전극 쌍의 상기 상부 구동 전극과 상기 하부 구동 전극 각각에 동시에 인가되는 광파장 스위치 장치.The driving voltages respectively applied to the upper driving electrodes and the lower driving electrodes of the driving electrode pair to which the driving voltage is applied are reversed, and the upper driving electrodes of the driving electrode pairs facing each other with the driving layer interposed therebetween; An optical wavelength switch device applied simultaneously to each of the lower driving electrodes. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 구동 전압이 인가되는 상기 구동 전극 쌍의 상기 하부 구동 전극과 상기 상부 구동 전극 중 하나의 전극에 상기 구동 레이어에 인가되는 바이어스 전압과 동일 극성 및 동일 전위를 가지는 구동 전압이 인가되고 다른 하나의 전극에 0 V의 구동 전압이 인가되는 광파장 스위치 장치.A driving voltage having the same polarity and the same potential as the bias voltage applied to the driving layer is applied to one of the lower driving electrode and the upper driving electrode of the driving electrode pair to which the driving voltage is applied, and to the other electrode. An optical wavelength switch device to which a driving voltage of 0 V is applied. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 구동 레이어가 상기 구동 전극 쌍에 인가되는 구동 전압의 패턴에 따라 4개 이상의 회전축 중 임의의 회전축을 중심으로 임의의 방향으로 회전될 수 있는 광파장 스위치 장치.And the driving layer can be rotated in any direction about any one of four or more rotation axes according to a pattern of driving voltages applied to the driving electrode pairs. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 하부 구동 전극이 상기 기판 상에 형성되고 상기 상부 구동 전극이 상기 기판으로부터 연장되고 그 상단부에 상기 구동 레이어의 일부를 덮는 전극판이 형성된 광파장 스위치 장치.And an electrode plate on which the lower driving electrode is formed, the upper driving electrode extends from the substrate, and an upper portion of the lower driving electrode covers a portion of the driving layer. 청구항 7에 있어서,The method according to claim 7, 상기 구동 레이어의 적어도 일부가 상기 하부 구동 전극과 상기 상부 구동 전극의 상기 전극판 사이에 비접촉 상태로 삽입되어 있는 광파장 스위치 장치.And at least a portion of the drive layer is inserted in a non-contact state between the lower drive electrode and the electrode plate of the upper drive electrode. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 구동 레이어가 상기 구동 레이어에 형성된 다수의 레그들에 의하여 상기 기판과 절연된 상태로 상기 하부 구동 전극과 상기 상부 구동 전극 사이에 위치하도록 상기 기판 상에 지지되어 있는 광파장 스위치 장치.And the driving layer is supported on the substrate such that the driving layer is positioned between the lower driving electrode and the upper driving electrode in an insulated state from the substrate by a plurality of legs formed in the driving layer. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 구동 레이어가 하나의 탄성 빔 또는 피봇 구조에 의하여 상기 기판과 절연된 상태로 상기 하부 구동 전극과 상기 상부 구동 전극 사이에 위치하도록 상기 기판 상에 지지되어 있는 광파장 스위치 장치.And the driving layer is supported on the substrate such that the driving layer is positioned between the lower driving electrode and the upper driving electrode in an insulated state from the substrate by one elastic beam or pivot structure. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 구동 레이어의 중앙부에 격자구조, 수평 부재 또는 수직 부재가 형성된광파장 스위치 장치.And a lattice structure, a horizontal member, or a vertical member formed at a central portion of the driving layer. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 기판, 상기 구동 레이어 및 상기 상하 구동 전극이 실리콘, 폴리실리콘 등의 반도체 재료로 형성된 광파장 스위치 장치.And the substrate, the driving layer and the vertical driving electrode are formed of a semiconductor material such as silicon or polysilicon. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 미러가 상기 구동 레이어의 중앙부에 형성된 요크 위에 장착된 광파장 스위치 장치.And a mirror mounted on the yoke formed at the center of the drive layer. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 구동 레이어 또는 상기 상하 구동 전극의 표면에 절연층이 형성된 광파장 스위치 장치.And an insulating layer formed on a surface of the driving layer or the vertical driving electrode. 스위치 기판, 상기 기판에 의하여 편향 가능하도록 지지되고 입사광을 반사시키는 미러를 포함하는 구동 레이어, 및 상부 구동 전극과 하부 구동 전극으로 이루어지고 상기 구동 레이어의 주위에 배치된 4개 이상의 구동 전극 쌍을 포함하는 광통신용 광파장 스위치 장치를 구동시키는 방법에 있어서,A drive layer comprising a switch substrate, a drive layer including a mirror supported to deflect by the substrate and reflecting incident light, and four or more drive electrode pairs formed of an upper drive electrode and a lower drive electrode and disposed around the drive layer. In the method for driving an optical wavelength switch device for optical communication, 상기 구동 레이어를 소정의 전위로 바이어스하고 적어도 하나의 상기 구동 전극 쌍의 상기 상부 구동 전극과 하부 구동 전극 중 하나의 전극에는 상기 구동레이어에 인가된 전압과 동일한 극성의 구동 전압을 인가하고 다른 하나의 전극에는 상기 구동 레이어에 인가된 전압과 반대 극성 또는 0 V 전위의 구동 전압를 인가하는 광파장 스위치 구동 방법.Biasing the driving layer to a predetermined potential and applying a driving voltage having the same polarity as the voltage applied to the driving layer to one of the upper driving electrode and the lower driving electrode of at least one pair of driving electrodes; And applying a driving voltage having a polarity or 0 V potential opposite to that applied to the driving layer. 청구항 15에 있어서,The method according to claim 15, 구동 전압이 인가되는 하나의 상기 구동 전극 쌍의 상기 상부 구동 전극과 하부 구동 전극에 각각 인가되는 구동 전압을 상호 뒤바꾸어 상기 구동 레이어를 사이에 두고 대향하는 상기 구동 전극 쌍의 상기 상부 구동 전극과 상기 하부 구동 전극 각각에 동시에 인가하는 광파장 스위치 구동 방법.The upper driving electrode and the upper driving electrode applied to the lower driving electrode, respectively, to which the driving voltage is applied; An optical wavelength switch driving method applied simultaneously to each of the lower driving electrodes. 청구항 15에 있어서,The method according to claim 15, 구동 전압이 인가되는 상기 구동 전극 쌍의 상기 하부 구동 전극과 상기 상부 구동 전극 중 하나의 전극에 상기 구동 레이어에 인가되는 바이어스 전압과 동일 극성 동일 전위의 구동 전압을 인가하고 다른 하나의 전극에 0 V의 구동 전압을 인가하는 광파장 스위치 구동 방법.A driving voltage having the same polarity and the same potential as the bias voltage applied to the driving layer is applied to one of the lower driving electrode and the upper driving electrode of the driving electrode pair to which the driving voltage is applied, and 0 V to the other electrode. An optical wavelength switch driving method for applying a driving voltage of. 청구항 15에 있어서,The method according to claim 15, 상기 구동 레이어가 대체적으로 사각형 형태를 가지고, 상기 구동 레이어의 중심을 통과하여 상기 구동 레이어의 각 변과 직교하는 회전축 또는 상기 구동 레이어의 대각선 방향의 회전축을 중심으로 하여 상기 회전축의 한편에 배치된 상기구동 전극 쌍에는 상기 구동 레이어를 상기 기판에 대하여 상승 또는 하강시키는 방향을 힘을 발생시키는 형태의 구동 전압을 인가하고 상기 회전축의 다른 편에 배치된 상기 구동 전극 쌍에는 상기 방향과 반대 방향을 힘을 발생시키는 형태의 구동 전압을 인가하는 광파장 스위치 구동 방법.The drive layer has a generally rectangular shape and is disposed on one side of the rotation axis about a rotation axis orthogonal to each side of the drive layer through the center of the drive layer or a rotation axis in a diagonal direction of the drive layer. A driving voltage in a form of generating a force is applied to the driving electrode pair in a direction of raising or lowering the driving layer with respect to the substrate, and a force opposite to the direction is applied to the driving electrode pair disposed on the other side of the rotating shaft. An optical wavelength switch driving method for applying a driving voltage of a type to be generated. 청구항 15에 있어서,The method according to claim 15, 상기 구동 레이어가 원형 형태를 가지고 상기 구동 전극 쌍이 상기 구동 레이어의 원주를 따라 배치된 광파장 스위치 구동 방법.And the driving layer has a circular shape, and the pair of driving electrodes is disposed along the circumference of the driving layer. 청구항 15 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 15 to 19, 상기 구동 레이어가 상기 구동 전극 쌍에 인가되는 구동 전압의 패턴에 따라 4개 이상의 회전축 중 임의의 회전축을 중심으로 임의의 방향으로 회전될 수 있는 광파장 스위치 구동 방법.And the driving layer can be rotated in any direction about any one of four or more rotation axes according to a pattern of driving voltages applied to the pair of driving electrodes. 청구항 20에 있어서,The method of claim 20, 상기 회전축을 중심으로 한 측에 위치한 모든 구동 전극 쌍에 상기 구동 레이어를 상기 기판에 대하여 상승 또는 하강시키는 전기력을 발생시키는 구동 전압을 인가하고 다른 한 측에 위치한 모든 구동 전극 쌍에는 이와 반대 방향의 힘을 발생시키는 구동 전압이 인가되는 광파장 스위치 구동 방법.A driving voltage is applied to all of the pair of driving electrodes located on one side of the rotation axis to generate an electric force that raises or lowers the driving layer with respect to the substrate, and to all of the pair of driving electrodes located on the other side in the opposite direction. The optical wavelength switch driving method is applied a driving voltage for generating a. 청구항 15 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 15 to 19, 상기 구동 레이어가 탄성 빔 또는 피봇 구조에 의하여 상기 기판과 절연된 상태로 상기 기판 상에 지지되는 광파장 스위치 구동 방법.And the driving layer is supported on the substrate in an insulated state from the substrate by an elastic beam or a pivot structure.
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