KR100711686B1 - 광 스위칭 소자와 이를 사용하는 광 스위칭 장치 및이미지 디스플레이 장치 - Google Patents

광 스위칭 소자와 이를 사용하는 광 스위칭 장치 및이미지 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고속 응답할 수 있으며 간단한 구조로 된 소형 경량의 광 스위칭 소자와 이를 사용하는 광 스위칭 장치를 제공하기 위한 것이다. 광 추출부는 광 추출부의 투명 전극과 상부 기판의 투명 전극 사이에 발생되는 정전 인력에 의해 상부 기판과 접촉한다. 광이 상부 기판의 한 V-형 트렌치로 입사되는 경우, 그 광은 상부 기판의 광 추출부로 입사되어 광 추출부의 뒤쪽(테이퍼부)으로부터 방사된다. 이어서, 입사광(P1)은 하부 기판을 통과하여 투과광으로 변환된다. 하부 기판의 투명 전극과 광 추출부의 투명 전극 사이에 발생되는 정전 인력에 의해, 광 추출부는 하부 기판 측으로 끌어 당겨진다. 이 상태에서, 입사광은 전반사면에서 전반사된다. 이 전반사광은 다른 V-형 트렌치로부터 방사된다. 입사광은 투과광 및 전반사광의 2방향으로 스위칭될 수 있다.
광 스위칭 소자, 광 추출부, 투명 전극, 정전 인력, V-형 트렌치, 입사광, 투과광

Description

광 스위칭 소자와 이를 사용하는 광 스위칭 장치 및 이미지 디스플레이 장치{OPTICAL SWITCHING ELEMENT, SWITCHING APPARATUS AND IMAGE DISPLAY APPARATUS USING OPTICAL SWITCHING ELEMENT}
도 1은 종래의 액정을 사용하는 광 스위칭 소자의 구조를 도시하는 도면.
도 2a 및 도 2b는 종래의 마이크로미러를 사용하는 광 스위칭 소자의 구조 (1-핸드법)를 도시하는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 광 스위칭 소자의 작용을 설명하는 도면.
도 4a 및 도 4b는 종래의 마이크로미러를 사용하는 광 스위칭 소자의 구조 (2-핸드법)를 도시하는 도면.
도 5는 도 4에 도시된 광 스위칭 소자의 작용을 설명하는 도면.
도 6a 및 도 6b는 종래의 회절 격자를 사용하는 광 스위칭 소자의 작용을 설명하는 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 관한 광 스위칭 소자의 구성을 도시하는 사시도.
도 8a 및 도 8b는 각각 도 7에 도시된 광 스위칭 장치를 제조하는 방법을 설명하는 평면도 및 단면도.
도 9는 도 8a 및 도 8b의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 도면.
도 10은 도 9의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 도면.
도 11a 및 도 11b는 도 10의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 도면.
도 12는 도 11a 및 도 11b의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 단면도.
도 13은 도 12의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 단면도.
도 14는 도 13의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 단면도.
도 15는 도 14의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 단면도.
도 16은 도 15의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 평면도.
도 17은 도 16의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 단면도.
도 18은 도 17의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 단면도.
도 19는 도 18의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 평면도.
도 20은 도 19의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 단면도.
도 21은 도 20의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 평면도.
도 22는 도 21의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 단면도.
도 23은 도 23의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 단면도.
도 24a 및 도 24b는 도 7의 광 스위칭 장치의 동작을 설명하는 단면도.
도 25a 및 도 25b는 도 7의 광 스위칭 장치의 변형예를 설명하는 단면도.
도 26a 및 도 26b는 도 7의 광 스위칭 장치의 다른 변형예를 설명하는 단면도.
도 27a 및 도 27b는 도 7의 광 스위칭 장치의 또 다른 변형예를 설명하는 단면도.
도 28a 및 도 28b는 도 7의 광 스위칭 장치의 또 다른 변형예를 설명하는 단면도.
도 29a 및 도 29b는 도 7의 광 스위칭 장치의 또 다른 변형예를 설명하는 단면도.
도 30a 및 도 30b는 도 7의 광 스위칭 장치의 또 다른 변형예를 설명하는 단면도.
도 31a 및 도 31b는 도 7의 광 스위칭 장치의 또 다른 변형예를 설명하는 단면도.
도 32는 도 7의 광 스위칭 장치에 적용되는 디스플레이의 구성을 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 광 스위칭 장치
10 : 광 스위칭 소자
11 : 상부 기판
11a, 11b : V-형 트렌치
11A : 전반사면
12 : 반사 방지막
13, 23 : 적층막
14 : 흡수층
15 : 접착 방지층
16 : 희생층
17 : 실리콘 나이트라이드막
17a : 광 추출부
18 : ITO막
19 : 알루미늄막
20 : SiO2막
20a : 테이퍼부
21 : 하부 기판
22 : 반사 방지막
24 : 다결정 실리콘막
24a, 25 : 이격 부재
31a, 31b, 31c : 광원
32a, 32b, 32c : 스위칭 소자 어레이
33a, 33b, 33c : 미러
34 : 투사 렌즈
35 : 갈바니 전기 미러
36 : 스크린
41 : 원주 렌즈
42, 43 : 마이크로프리즘
44, 45, 46 : 흡수층
P1 : 입사광
P2 : 투과광
P3 : 반사광
본 발명은 입사광을 두 방향으로 편향시킬수 있는 광 스위칭 소자에 관한 것이고, 이 광 스위칭 소자를 사용하는 광 스위칭 장치 및 이미지 디스플레이에 관한 것이다.
최근, 디스플레이가 이미지 정보에 대한 이미지 디바이스로서 중요한 역할을 담당하고 있다. 이 디스플레이용의 소자 및 광 통신용, 광 저장 장치용 및 광 프린터용의 소자로서, 고속 동작용 광 스위칭 소자의 개발에 대한 요구가 증대되고 있다. 종래, 이들 유형의 소자로서는, 액정을 사용하는 소자, 마이크로미러를 사용하는 소자, 회절 격자를 사용하는 소자 등이 사용되었다. 도 1에는 액정을 사용하는 소자의 예가 도시되어 있다. 도 2a 내지 도 5에는 마이크로미러를 사용하는 소자의 예가 도시되어 있다. 도 6a 및 도 6b에는 회절 격자를 사용하는 소자의 예가 도시되어 있다.
액정을 사용하는 광 스위칭 소자 (도 1)는 한 쌍의 편향판(101a, 101b), 한 쌍의 유리 기판(102a, 102b), 투명 전극(103a, 103b, 103c, 103d), 및 한 쌍의 유리 기판(102a)과 유리 기판(102b) 사이에 밀봉된 액정(104)을 구비한다. 이 광 스위칭 소자에서는, 투명 전극(103a, 103b, 103c, 103d)에 전압을 인가하여 액정 분자의 방향을 제어하고 편광면을 회전시킴으로써 스위칭을 행한다.
그러나, 액정은 불량한 고속 응답 특성을 갖는다. 설사, 고속 응답 특성을 갖는 것이라도 수 밀리초 정도에 불과하다. 이러한 이유에서, 고속 응답을 요구하는 광학 저장 장치, 예를 들어, 광 통신 장치, 광 계산 장치, 홀로그래픽 메모리와 같은 광 저장 장치, 광 프린터 등에 액정을 적용하는 것이 상당히 곤란하다. 또한, 액정을 사용하는 광 스위칭 소자에서는, 한 쌍의 편광판이 필요하므로 광 이용 효율을 감소시킨다. 또한, 액정은 강한 광에 대한 내성을 가질 수 없어, 강한 레이저 광과 같은 고 에너지 밀도를 갖는 광을 사용하여 스위칭을 수행할 수 없다. 특히, 디스플레이를 사용하는 경우에는 고화질이 요구된다. 그러나, 액정을 사용하는 현재의 광 스위칭 소자에서는, 계조(gradation) 표시에서 부정확성과 같은 단점이 나타나기 시작한다.
전형적으로 미국 텍사스 인스트루먼트 인코포레이티드(Texas Instruments Incorporated)의 제품인 DVD(디지털 마이크로미러 디바이스)와 같이 마이크로미러를 사용하는 광 스위칭 소자에 있어서, 많은 특정 예들이 이미 존재한다. 그 구조로서는 한 개의 핸드(hand)로 마이크로미러를 지지하는 구조 (도 2a, 도 2b 및 도 3)와 두 개의 핸드로 마이크로미러를 지지하는 구조 (도 4a, 도 4b 및 도 5)와 같은 두 가지 유형의 구조가 있다. 마이크로미러를 구동시키기 위한 방법으로서는, 정전 인력을 사용하는 방법, 압전 소자를 사용하는 방법, 열 작동기를 사용하는 방법 등이 있다. 구조, 구동 방법 등이 다르기는 하지만, 기능적으로는 간단히 마이크로미러의 각도를 제어하는 것에 의해 입사광의 스위칭을 수행한다.
여기서, 일예로서 정전 인력을 사용하는 마이크로미러를 설명한다. 마이크로미러의 구동 원리로서, 마이크로미러를 한 개의 핸드(hand)로 지지하는 경우 (도 2a, 도 2b 및 도 3)에는, 마이크로미러(105)와 구동 전극(106) 사이에 전위차를 발생하여 정전 인력을 발생시킴으로써 마이크로미러(105)를 경사지게 한다. 발생된 전위차가 제거되면 마이크로미러(105)를 지지하는 힌지(hinge, 105a)의 강도를 줄여서 이전 상태를 되돌린다.
두 개의 핸드로 마이크로미러를 지지하는 경우 (도 4a, 도 4b 및 도 5)에는, 마이크로미러(108)와 이에 대향하는 한 쌍의 전극(107a, 107b) 사이에 동일 전위차가 발생된다. 이 같은 상태에서, 예를 들어 전극(107a)에 인가하는 전압을 낮게 하고 전극(107b)에 인가하는 전압을 높게 하게 되면, 전극(107a, 107b)과 마이크로미러(108) 사이에 발생되는 정전 인력의 불균형을 발생시킴으로써 마이크로미러(108)를 경사지게 한다.
광은 다음과 같은 조건에 기초하여 스위칭된다. 한 개의 핸드로 지지된 마이크로미러의 경우 (도 2a, 도 2b 및 도 3)에, 마이크로미러(105)를 입사광(P100)에 대해 경사지게 하지 않은 상태에서는 반사광이 P101 방향으로 진행되는 반면에, 마이크로미러(105)를 입사광(P100)에 대해 경사지게 한 상태에서는 반사광이 P102 방향으로 진행된다. 동일한 방식으로, 두 개의 핸드로 지지된 마이크로미러의 경우 (도 4a, 도 4b 및 도 5)에, 마이크로미러(108)를 입사광(P100)에 대해 한 방향으로 경사지게 한 상태에서는 반사광이 P103 방향으로 진행되는 반면에, 마이크로미러(108)를 입사광(P100)에 대해 다른 방향으로 경사지게 한 상태에서는 반사광이 P104 방향으로 진행된다.
그러나, 상기한 스위칭의 응답 속도는 대부분의 경우 수 밀리초에 불과하므로, 고속 응답을 달성하기에 불충분하다. 마이크로미러를 사용하는 광 스위칭 소자에서는, 광을 편향시킬 수 있는 각도 (두 반사광 간의 각도차)가 기계적 미러의 편향각의 2배에 상당한다. 그러나, 높은 콘트라스트를 얻기 위해서 광 스위칭 소자를 디스플레이에 사용하는 경우에는, 두 반사광(P103과 P104) 간의 각도차를 크게 해야 하므로 응답 속도가 떨어지게 된다.
일본 특허 출원 공개 공보 제평10-510374호에서 개시하고 있는 바와 같이 회절 격자를 사용하는 광 스위칭 소자 (도 6a 및 도 6b)에서는, 이동가능 미러(109a)와 하부 전극(110a) 간의 전위차에 의해 야기되는 정전 인력으로, 광 반사면을 갖는 리본 형태의 이동가능 미러를 입사광(P100)의 1/4 파장만큼 이동시켜, 리본 형태의 정적 미러(109b)와 이동가능 미러(109a) 사이에 반파장의 광로차를 생성함으로써 회절 광을 발생시켜, 반사광이 제로(0) 회절 광(P105) 방향과 선형 회절 광(P106) 방향 사이에서 스위칭된다. 이 때, 광로차를 반파장 내에서 제어하므로, 선형 회 절 광(P106)의 세기를 제어할 수 있다. 회절 격자를 사용하는 광 스위칭 소자에서는, 극히 가벼운 리본 형태의 미러만을 작은 거리에 걸쳐 이동시켜 광 스위칭을 행할 수 있으므로, 그의 응답 속도가 높다. 이러한 이유에서, 회절 격자를 사용하는 광 스위칭 소자는 고속 스위칭에 적합하다.
그러나, 광 회절을 발생시키기 위해 적어도 두 개의 리본 형태 미러가 필요하고, 광 이용 효율을 증대시키기 위해 4개 이상, 특히 6개의 미러가 필요하다. 이러한 이유에서, 선형으로 배열된 리본 형태의 미러를 사용하는 경우에는, 전체 사이즈를 줄이는 것이 곤란하다. 선형 회절 광은 제로 회절 광의 광축에 대해 대칭적인 두 방향에서 소정의 각도로 발생된다. 그러므로, 선형 회절 광을 사용하기 위해서는 두 방향으로 진행하는 상기한 광을 단일 광으로 수렴시키는 데 사용되는 복잡한 광학 시스템이 요구된다. 이상적으로는, 전극에 전압을 인가하지 않은 상태에서 정적 미러(109b)의 반사면과 이동가능 미러(109a)의 반사면을 동일 평면 상에 위치시켜야 한다. 그러나, 실제적으로는, 그들 반사면이 양호한 정확도로 동일 평면 상에 위치되지 않는다. 이러한 이유에서, 하부 전극(110a, 110b)에 적은 양의 전압을 인가하므로, 동일 평면 상에 모든 반사면이 위치하도록 하기 위해서는 제각기 미세한 조정이 필요하다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 이하의 설명으로부터 보다 충분히 알 수 있다.
본 발명은 상기한 문제점들을 고려하여 고안한 것으로, 본 발명의 제1 목적은 고속 응답이 가능하며 간단한 구조로 된 소형 경량의 광 스위칭 소자 및 이 광 스위칭 소자를 사용하는 광 스위칭 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 제2 목적은 상술한 광 스위칭 소자에 상당히 정확하게 계조 표시를 제공할 수 있고, 고화질을 제공할 수 있으며, 소형화될 수 있는 이미지 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 광 스위칭 소자는, 입사광을 전반사할 수 있는 전반사면을 갖는 전반사 부재; 및 제1 위치 또는 제2 위치로 스위칭될 수 있는 투광성 광 추출부를 포함하되, 제1 위치는 광 추출부가 전반사 부재의 전반사면과 접촉하는 위치, 또는 광 추출부가 근접장(near-field) 광을 추출할 수 있을 정도로 충분히 작은 간격으로 전반사면에 근접하게 배치되는 위치이고, 제2 위치는 광 추출부가 근접장 광이 추출되는 간격보다 큰 간격을 두고 배치되는 위치이다.
본 발명에 따른 광 스위칭 장치는, 본 발명의 복수개의 광 스위칭 소자를 선형적으로 또는 이차원적으로 배치한 것이다.
본 발명에 따른 이미지 디스플레이 장치는, 본 발명의 복수개의 광 스위칭 소자를 배열하고 삼원색을 조사하며 스캐너로 스캐닝함으로써 이차원 이미지를 디스플레이한다.
본 발명에 따른 광 스위칭 소자, 광 스위칭 장치, 및 이미지 디스플레이 장치에 있어서, 광 추출부가 제2 위치에 있는 경우에는, 전반사 부재가 투광성 광학부로부터 이격되기 때문에, 전반사부로 입사되는 입사광이 전반사면에서 전반사되 고, 그 반사광은 한 방향으로 유도된다. 광 추출부가 제1 위치에 있는 경우에는, 광 추출부가 전반사 부재와 접촉하거나 전반사 부재에 근접 배치되므로, 전반사부로 입사되는 입사광이 전반사면에서 전반사되지 않고 광 추출부를 통해 전반사 부재와는 반대 방향으로 유도된다. 이와 관련해서, "광 추출부가 근접장 광을 추출할 수 있을 정도로 충분히 작은 간격을 두고 소정 거리에 근접하게 배치된다"라고 하는 것은 광 추출부를 전반사 부재에 완전하게 접촉시키지 않고서도 실질적으로 입사광을 추출할 수 있는 거리를 의미한다. 또한, 광 추출부를 전반사 부재에 대해 입사광의 1/40 파장(λ)의 거리까지 근접 배치하면, 입사광의 90% 이상을 추출할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 7은 본 발명에 관련된 광 스위칭 장치의 전체 구조를 도시하는 도면이다. 광 스위칭 장치(1)는 본 발명의 복수개의 광 스위칭 소자(10) (예를 들어, 도 7에서는 3개의 광 스위칭 소자를 도시함)를 포함하는 선형 구조를 갖는다.
광 스위칭 장치(1)는 투광성 상부 기판(11)과 이 투광성 상부 기판(11)에 대향하는 방식으로 배치된 투광성 하부 기판(12)을 구비한다. 상부 기판(11) 및 하부 기판(21)은 각각 예를 들어 유리 기판이나 투광성 플라스틱 기판으로 제작된 투광성 기판이다.
상부 기판(11)은 서로 평행한 상면 및 하면을 갖는다. 상면 상에는 광 입사 부인 V-형 트렌치(trench)(11a) 및 광 출사부인 V-형 트렌치(11b)가 제공된다. V- 형 트렌치(11a, 11b)를 포함하여 상면 상에는 예를 들어 마그네슘 플루오라이드(MgF2)로 된 반사 방지막(12)이 형성된다. 상부 기판(11)의 하부면은 입사광을 전반사시키기 위한 전반사면(11A)이다. V-형 트렌치(11a, 11b)의 경사 각도는 경사면들에 대해 직교하는 방향으로 입사되는 입사광이 전반사면(11A)에서 전반사되게 하는 임계 각도 이상의 각도이다.
상부 기판(11)의 전반사면(11A) 상에는, ITO(인듐 주석 옥사이드)로 만들어진 도시되지 않은 투명 전극(인듐 주석 옥사이드 혼합막)이 제공되며, 실리콘 나이트라이드(SiNx)로 만들어진 얇은 리본 형태의 4개의 광 추출부(17a)가 제공된다. 도 7에서는 간명하게 할 목적으로 광 추출부(17a)가 상부 기판(11)으로부터 이격된 것으로 도시되어 있다.
광 추출부(17a)는 가교형 구조로서, 이 구조에서는 광 추출부(17a)의 양단부가 상부 기판(11)에 의해 지지되며, 전압을 인가함으로써 야기되는 전위차로 발생되는 정전 인력에 의해서, 광 추출부(17a)의 중간 부분이 제1 위치 또는 제2 위치로 스위칭될 수 있다. 제1 위치는 광 추출부(17a)가 상부 기판(11)의 전반사면(11A)과 접촉하는 위치 또는 광 추출부(17a)가 근접장 광을 추출할 수 있을 정도로 충분히 작은 간격을 두고 전반사면(11A)에 대해 근접 배치되는 위치 (도 7의 뒤쪽에서 볼 수 있는 광 추출부(17a)의 상태)이며, 제2 위치는 광 추출부(17a)가 근접장 광이 추출되는 간격보다 큰 간격을 두고 근접 배치되는 위치 (도 7의 앞쪽에서 볼 수 있는 광 추출부(17a)의 상태)이다. 또한, 본 발명의 구동 수단은, 각각 상부 기판(11)의 전반사면(11A)과 광 추출부(17a) 내에 형성된 투명 전극과, 도시되지 않은 전압 인가 수단으로 구성된다.
하부 기판(21) 상에는, 복수개의 이격 부재(24a)와 복수개의 이격 부재(25)가 배치된다. 이격 부재(24a) 및 이격 부재(25)는 예를 들어 실리콘 나이트라이드로 만들어진다. 이격 부재(24a)는 광 추출부(17a)가 제2 위치로 스위칭된 경우에 멈춤 부재 및 지지 부재로서 작용하는 것으로서, 광 추출부(17a)의 배열 방향을 따라 2열로 배치된다. 이격 부재(25)는 광 추출부(17a)가 상부 기판(11)과 하부 기판(21) 사이의 공간에서 제1 위치 또는 제2 위치로 스위칭될 수 있는 변위가능한 거리를 유지시키기 위한 것이다.
본 실시예에서는, 단일 광 추출부(17a)가 광 스위칭 소자(10)를 구성하며, 복수개의 광 스위칭 소자(10)가 선형 광 스위칭 장치(1)를 구성한다.
다음으로, 광 스위칭 장치(1)의 제조 방법을 설명한다. 여기서는, 4개의 광 스위칭 소자(10)를 포함하는 선형 어레이 구조의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 유리 기판과 같은 투광성 기판으로 만든 상부 기판(11)의 상면 상에 광 입사부인 V-형 트렌치(11a)와 광 출사부인 V-형 트렌치(11b)를 각각 에칭과 같은 물리적 공정 또는 연마와 같은 기계적 공정에 의해 형성한다. 다음으로, V-형 트렌치(11a, 11b)가 형성된 상면 상에 예를 들어 진공 증발법을 사용하여 예를 들어 MgF2로 만든 반사 방지막(12)을 형성한다. 다음으로, V-형 트렌치(11a, 11b)가 형성된 상면과 반대쪽의 면상(전반사면(11A)) 상에, 화학적 증착법(CVD)에 의해서, 50㎚ 두께의 투명 전극 (예를 들어, ITO막)과 30㎚ 두께의 (투명한) 절연막 (예를 들어, 실리콘 다이옥사이드(SiO2)막)을 순차적으로 형성한다. 다음으로, 적층막(13)을 에칭에 의해 전극 형상으로 패터닝한다. 절연막은 투명 전극(ITO막)의 보호막으로서 작용한다.
다음으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 불필요한 광을 흡수하기 위한 흡수층(14)을 예를 들어 진공 증발법을 사용하여 전극부의 두께보다 얇게 하는 방식으로 전극 패턴들 사이에 형성한다. 다음으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 예를 들어 2㎚ 두께의 플루오로플라스틱(fluoroplastic)으로 만든 접착 방지층(15)을 형성한다. 그런 다음, 접착 방지층(15) 상에 예를 들어 400㎚ 두께의 아몰포스 실리콘(a-Si)으로 만든 희생층(16)을 형성하고 에칭에 의해 광 추출부의 형상으로 패터닝한다. 접착 방지층(15)은 후술하는 리본 형태의 광 추출부(17a)가 상부 기판(11)에 접착되는 것을 방지한다. 희생층(16)은 가교형 구조가 전반사면(11A)으로부터 반파장 이상의 범위로 이격되게 하는 식으로 광 추출부(17a)의 중간 부분을 생성한다.
도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 예를 들어 100㎚ 두께의 실리콘 나이트라이드막(17)을 예를 들어 LPCVD(저압 화학적 증착)법에 의해서 광 추출부(17a)의 구성 재료로서 형성한다. 다음으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 투명한 구동 전극으로서 작용하는 50㎚ 두께의 ITO막(18)을 형성하고, ITO막(18) 상에 20㎚ 두께의 알루미늄(Al)막(19)을 형성한다. 알루미늄막(19)은 후술하는 실리콘 다이옥 사이드(SiO2)막(20)을 테이퍼(taper) 처리하는 경우에 ITO막(18)의 보호층으로서 작용한다.
다음으로, 테이퍼 처리를 행하여 광 추출부(17a)로 입사되는 입사광이 광 추출부(17a)의 뒤에서 반사되는 것을 방지한다. 테이퍼 처리의 경우, 도 13에 도시된 바와 같이, 초기에 10㎛ 두께의 실리콘 다이옥사이드막(20)을 LPCVD 법에 의해서 형성한다. 그런 다음, 도 14에 도시된 바와 같이, 수지막(21)을 실리콘 다이옥사이드막(20) 상에 도포하고 테이퍼 형상으로의 처리를 위해 그레이 스케일 마스크(gray scale mask)로 노출시킨다. 다음으로, 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 테이퍼 레지스트막(21)을 마스크로서 사용하여 RIE(반응성 이온 에칭)에 의해 실리콘 다이옥사이드막(20)을 선택적으로 제거해서 테이퍼부(20a)를 형성한다.
도 17에 도시된 바와 같이, 아몰포스 실리콘으로 만든 희생층(16)을 크세논 플루오라이드(XeF2)를 사용하는 건식 에칭에 의해 제거하여, 실리콘 나이트라이드막(17)이 가교형 구조로 된 리본 형태 광 추출부(17a)로 되게 한다.
다음으로, 도 18에 도시된 바와 같이 광 입사부에 대향하는 쪽에 배치되는 하부 전극(21)을 준비한다. 하부 기판(21)의 한 면 상에는, 내부 반사를 방지하기 위한 예를 들어 MgF2로 만든 반사 방지막(22)을 형성한다. 반사 방지막(22)과 반대쪽의 면 상에는, 하부 전극으로서 작용하는 ITO막, 실리콘 다이옥사이드(SiO2)로 만든 절연층 예를 들어 MgF2의 반사 방지막을 순서대로 형성하여 적층막(23)을 형성한 다. 또한, 적층막(23) 상에는 LPCVD 법에 의해 예를 들어 1.1㎛ 두께의 다결정 실리콘막(24)을 형성한다.
다음으로, 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 다결정 실리콘막(24)을 패터닝하여, 이전 프로세스에서 상부 기판(11) 상에 형성한 광 추출부(17a)가 하부 기판(21)의 하부 투명 전극 (ITO막)과 접촉하지 못하도록 하기 위한 이격 부재(24a)를 형성한다. 적층막(23)은 상부 기판(11) 내에 형성한 광 추출부(17a)의 형상에 대응하는 전극 형상으로 패터닝한다.
다음으로, 도 21 및 도 22에 도시된 바와 같이, 예를 들어 2.2㎛ 두께의 다결정 실리콘막을 형성한다. 다음으로, 다결정 실리콘막을 패터닝하여, 광 추출부(17a)가 위에 형성된 상부 기판(11)과 하부 투명 전극이 형성된 하부 기판(21) 사이에 이격 부재(25)를 형성한다.
마지막으로, 도 23에 도시된 바와 같이, 접합층으로서 인듐(In)을 사용하여, 상부 기판(11)과 하부 기판(21) 사이에 이격 부재(25)가 존재하는 상태로 그들 기판을 접합시킨다. 이렇게 함으로써 일련의 공정이 완료되어 복수개의 광 스위칭 소자(10)가 선형으로 배열된다.
이와 관련하여, 상기한 제조 공정의 설명에 사용한 도면에서는 간략화를 위해 치수를 감소시켰다. 완전한 사이즈의 치수로는, 리본 형태 광 추출부(17a)의 이동 부분은 120㎛의 길이와 12㎛의 폭을 가지며, 접합된 광 추출부(17a)들 간의 거리는 1㎛이다.
다음으로, 도 24a 및 도 24b를 참조하여 본 실시예에 관련된 광 스위칭 소자(10)의 동작을 설명한다.
얇은 리본 형태 광 추출부(17a) 상에 형성된 도시하지 않은 투명한 이동가능 전극을 접지시켜 전위를 0V로 결정하고, 상부 기판(11) 상에 형성된 도시되지 않은 투명 전극에 12V를 인가한다. 이 같은 전위차는 광 추출부(17a)와 상부 기판(11) 사이에 정전 인력을 발생시킴으로써, 도 24a에 도시된 바와 같이 광 추출부(17a)가 상부 기판(11)에 접착되게 한다 (제1 위치). 이 상태에서, 입사광(P1)이 상부 기판(11)내의 V-형 트렌치(11a)의 경사면에 수직적으로 입사되면, 입사광(P1)이 상부 기판(11)을 통해 광 추출부(17a) 내로 들어가 광 추출부(17a)의 뒤쪽에 형성된 테이퍼부(20a)로부터 방사된다. 이어서, 입사광(P1)은 하부 기판(21)을 통과하여 투과광(P2)으로 변환된다.
다음으로, 도 24b에 도시된 바와 같이 상부 기판(11)으로부터 광 추출부(17a)를 이동시킨다. 달리 말해서, 상부 기판(11) 상에 형성된 도시되지 않은 투명한 전극을 접지시켜 전위를 0V로 결정한다. 이 때, 하부 기판(21) 상에 형성된 도시되지 않은 투명한 전극에 +12V를 인가한다. 이 같은 전위차는 하부 기판(21)의 투명한 전극과 전위차가 0V인 광 추출부(17a)의 전극 사이에 정전 인력을 발생시킴으로써, 광 추출부(17a)가 하부 기판(21) 쪽으로 끌어 당겨지게 한다. 이 때, 광 추출부(17a)는 그것이 하부 기판(21) 상의 이격 부재(24a)와 접촉하는 위치 (제2 위치)에서 멈춘다. 이 상태에서, 입사광(P1)은 상부 기판(11)의 하면(전 반사면(11A))에서 전반사되어 전반사광(P3)으로 변환되고 광 입사부와는 다르게 처리된 V-형 트렌치(11b)로부터 방사된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에서는, 입사광(P1)은 두 가지 방식으로 즉, 투과광(P2)과 전반사광(P3)으로 변환시킬 수 있다. 또한, 광 스위칭 소자(10)에서는, 광 추출부(17a)만이 이동가능 부품이며, 광 추출부(17a)가 이동해야 하는 거리가 최대 입사광의 파장에 대략 해당하므로 고속 스위칭이 달성된다. 또한, 전극을 이동 부품으로서 작용하는 광 추출부(17a) 위와 아래에 형성할 수 있어, 기계적인 공진 주파수에 무관하게 고속 응답을 얻을 수 있다. 또한, 1-채널 광 스위칭 소자에 대해 한 개의 광 추출부(17a)만이 필요하므로 소형화가 가능하다. 이러한 소형화의 장점은 광 추출부를 디스플레이 용도의 선형 어레이로 하는 경우에 특히 가치가 있다.
본 실시예에서는, 입사광(P1)에 대해, 상부 기판(11)의 전반사면(11A)으로부터 반사되는 전반사광(P3)과 광 추출부(17a)를 투과하는 투과광(P2)을 모두 사용할 수도 있고 또는 이들 두 광 중의 하나를 사용할 수도 있다. 투과광(P2)과 전반사광(P3)을 모두 사용할 수 있는 경우에는, 그러한 광을 혼합성이 적은 2방향 광 편향 소자로서 사용할 수 있다. 전반사광(P3)만을 사용할 수 있는 경우에는, 광 이용 효율이 높은 스위칭 소자를 구성할 수 있다. 두 광 중의 하나를 사용하는 경우의 특정 구성에 대해서는 후술한다.
한편, 전반사 부재를 사용하는 광 스위칭 소자(10)에서는, 전반사 조건을 충족시키는 각도로 입사광(P1)을 전반사면(11A)에 입사시켜야 한다. 달리 말해서, 상부 기판(11)의 일면을 전반사면으로서 사용하는 경우에는, 유리 기판의 양면이 평행하다면, 광이 전반사 조건을 충족시키는 각도 (임계 각도)로 입사될 수 없다.
이와 비교해 볼 때, 본 실시예에서는, 상부 기판(11)에 대해 수행하는 에칭, 몰딩 또는 기계적 처리에 의해 V-형 트렌치(11a)를 처리함으로써 임계 각도 이상의 각도인 입사 각도로 광을 입사시킬 수 있다. 마찬가지로, 상부 기판(11)의 전반사광(P3)의 방사부에서 V-형 트렌치(11b)를 처리하여 전방사광(P3)이 상부 기판(11)의 표면에서 다시 전반사되지 못하도록 한다. 그러므로, 본 실시예에서는, 입사광(P1)을 전방사광(P3)으로 효율적으로 변환시킬 수 있다.
상술한 V-형 트렌치(11a, 11b)를 처리하는 대신에, 광 입사부와 반사광의 방사부를 모두 덮는 마이크로프리즘 또는 입사부와 방사부 각각을 덮는 마이크로프리즘을 사용하여, 동일한 효과를 기대할 수 있다. 한편, 이러한 마이크로프리즘을 사용하는 대신에 광 입사부와 반사광의 방사부을 덮으며 중심이 전반사면 내에 위치하는 원주 렌즈를 사용할 수도 있다. 이들의 특정 예들에 대해서는 후술한다.
본 실시예에서는, 광 추출부(17a)가 상부 기판(11)의 전반사면(11A)과 접촉되게 하거나 근접장 광을 추출할 수 있을 정도로 충분히 작은 간격을 두고 전반사면(11A)에 대해 근접 배치되게 하는 것에 의해 광을 추출하는 경우, 광 추출부(17a)에서 추출 광을 처리하는 방법이 난해하다. 달리 말해서, 광 추출부(17a)의 광 추출면과 반대쪽의 면을 어떠한 처리없이 그대로 두면, 그 면으로부터 광이 방사되지 않고 전반사되므로, 광 스위칭 소자로서의 작용이 불가능하게 된다. 그러므로, 본 실시예에서는, 광의 입사 각도가 임계 각도보다 작아 지게 하는 소정의 각도로 경사진 테이퍼부(20a)를 광 추출부(17a)의 광 추출면과 반대쪽의 면을 에칭에 의해 형성하여, 그 면으로부터 광이 방사될 수 있게 한다.
따라서, 광 스위칭 소자(10)에서는, 입사광(P1)이 광 추출부(17a)로부터의 투과광(P2)으로 또한 상부 기판(11)으로부터의 전반사광(P3)으로 변환될 수 있다. 광 스위칭 소자(10)를 전반사광(P3)만을 사용하는 광 스위칭 소자로서 사용하는 경우에는, 광 추출부(17a)의 광 추출면과 반대쪽의 면에 흡수층을 제공하여 단일 방향의 광 스위칭 (도 30 참조)을 얻는다.
한편, 광 추출부(17a)로부터의 투과광(P2)만을 사용하는 광 스위칭 소자를 사용하는 경우에는, 전반사광(P3)이 방사되는 상부 기판(11)의 방사부를 V-형 트렌치의 처리없이 그대로 두거나 전반사를 유발하는 각도를 방사부에 대해 처리함으로써, 반사광은 전반사되지 않아 상부 기판(11)으로부터 방사되지 않고 상부 기판(11) 내에서 그 기판에 대해 평행한 방향으로 유도될 수 있다 (도 29 참조). 그러나, 상기한 구조의 경우에는, 조심스러운 조작이 요구되는데, 이는 기판들 상에 생성된 구조 및 적층의 영향에 의해서 야기되는 광 감쇄 또는 광 누설이 있을 수 있기 때문이다. 동일한 방식으로, 광 스위칭 소자(10)를 광 추출부(17a)로부터 의 투과광(P2)만을 사용하는 광 스위칭 소자로서 사용하는 경우에는, 전반사광(P3)이 방사되는 상부 기판(11)의 방사부에 V-형 트렌치를 처리하는 대신에 흡수층을 제공하여, 상부 기판(11)으로부터 방사되는 반사광이 흡수될 수 있게 한다 (도 28 참조).
본 실시예에서는, 이동가능 부품이 단지 얇은 광 추출부(17a)이므로, 소형화 및 경량화가 가능하다. 따라서, 강한 구동력이 필요하지 않게 되며, 정전 인력만으로도 족하다. 이 때, 정전 인력을 발생하는 전극들로서는, 전반사면(11A)과 광 추출부(17a) 내에 제공한 투명 전극을 사용하거나, 광이 투과되는 부분을 제외하는 식으로 형성한 알루미늄(Al)과 같은 불투명 전도막을 또한 사용할 수 있다. 광이 투과되는 부분을 제외하는 식으로 형성한 불투명 전극 또는 투명 전극은 스위칭이 행해지지 않는 동안 전반사 미러를 광 추출부로부터 이격된 상태로 유지시켜 광 추출부(17a)가 상부 기판(11)의 전반사면(11A)에 고착되지 않게 함으로서 고속 구동을 달성한다는 이유에서 사용될 수 있다.
입사광(P1)이 전반사광(P3)으로 변환되게 하는 광 스위칭 소자에 관련하여, 흡수층을 광 추출부(17a)의 광 추출면과 반대쪽의 면 상에 제공하는 경우에는, 어떠한 전반사면도 포함하지 않는 하부 기판(21)을 유리 기판으로 구성해야만 하는 것은 아니고 실리콘(Si) 기판으로 구성할 수도 있다. 물론, 이 경우에는, 또한 광이 투과되는 부분을 제외하는 식으로 불투명 전극을 형성해야 하거나 투명 전극을 사용해야만 하는 것은 아니다.
[변형예]
다음으로, 도 25 내지 도 31을 참조하여 상기한 실시예의 변형예에 대해 설명한다. 상술한 실시예와 동일한 구성에는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 설명은 생략한다. 기본적인 구조 및 효과는 상술한 실시예와 동일하므로, 상이한 구조 및 효과에 대해서만 설명한다.
도 25 내지 도 31을 참조하면, 각 도면은 상부 기판(11)의 전반사광과 광 추출부(17a)의 투과광을 사용하는 광 스위칭 소자를 도시한다. 도 28은 투과광만을 사용하는 광 스위칭 소자를 도시한 것이고, 도 29는 기본적으로는 투과광만을 사용하되 전반사광을 사용할 수 있는 스위칭 소자를 도시한 것이다. 도 30 및 도 31은 제각기 전반사광만을 사용하는 스위칭 소자를 도시한 것이다.
[변형예 1]
도 25a 및 도 25b에 도시된 광 스위칭 소자에서는, 광(P1)이 전반사될 수 있는 각도로 상부 기판(11)의 하면에 입사되게 하는 도 24a 및 도 24b에 도시된 V-형 트렌치(11a, 11b) 대신에, 중심이 상부 기판(11)의 하면에 위치되는 원주 렌즈(41)를 사용한다. 이 광 스위칭 소자에서는, 입사광(P1)이 전반사될 수 있는 각도로 상부 기판(11)의 하면에 입사될 수 있다. 그러나, 도 24a 및 도 24b에 도시된 경우와는 달리 광 추출부(17a)에 형성된 테이퍼부(20a)의 사이즈 및 각도를 설정해야 한다.
[변형예 2]
도 26a 및 도 26b에 도시된 광 스위칭 소자에서는, 도 24a 및 도 24b에 도시된 V-형 트렌치(11a, 11b) 대신에, 이등변 사다리꼴 형상의 단면을 갖는 마이크로프리즘(42)을 사용한다. 광의 입사 각도가 도 24a 및 도 24b에서와 동일하고 이등변 사다리꼴 형상 단면의 경사면이 광의 입사 각도와 직각을 이루는 한 (달리 말해서, 도 24a 및 도 24b에 도시된 V-형 트렌치(11a, 11b)의 경사 각도가 이등변 사다리꼴 형상 단면의 경사 각도와 동일하면), 상부 기판(11)을 제외한 다른 구조, 예를 들어 광 추출부(17a)는 도 24a 및 도 24b에서와 동일할 수 있다.
도 27a 및 도 27b에 도시된 광 스위칭 소자에서는, 도 24a 및 도 24b에 도시된 V-형 트렌치(11a, 11b) 대신에, 이등변 삼각 형상의 단면을 갖는 마이크로프리즘(43)을 광 입사부 및 전반사광의 방사부에서 사용한다. 도 26a 및 도 26b와 유사한 방식으로, 광의 입사 각도가 도 24a 및 도 24b에서와 동일하고 이등변 삼각 형상 단면의 밑각 광의 입사 각도와 직각을 이루면 (달리 말해서, 도 24a 및 도 24b에 도시된 V-형 트렌치(11a, 11b)의 경사 각도가 이등변 삼각 형상 단면의 밑각과 동일하면), 상부 기판(11)을 제외한 다른 구조, 예를 들어 광 추출부(17a)는 도 24a 및 도 24b에서와 동일할 수 있다.
도 28a 및 도 28b에 도시된 광 스위칭 소자에서는, 도 24a 및 도 24b에 도시된 상부 기판(11) 방사부의 V-형 트렌치(11b) 대신에, 흡수층(44)을 제공한다. 흡수층(44)은 상부 기판(11)의 하면으로부터 반사되는 전반사광(P3)을 흡수하므로, 광 추출부(17a)로부터의 투과광(P2)을 사용할 수 있게 된다.
도 29에 도시된 광 스위칭 소자에서는, 상부 기판(11) 방사부의 V-형 트렌치(11b)와 상부 기판(11)의 상면이 형성하는 각도(θ)를 전반사광(P3)이 입사부의 V-형 트렌치(11a)와는 달리 상부 기판 내에서 상부 기판의 상면과 거의 평행하게 진행되게 하는 각도로서 결정한다. 예를 들어, 상부 기판(11)에 대한 입사광(P1)의 입사 각도를 45°로 결정하는 경우에는, θ가 157.7°로 된다. 따라서, 상부 기판(11) 하면으로부터의 전반사광(P3)이 V-형 트렌치(11b)에서 전반사되고 상부 기판(11) 내로 유도되어 상부 기판으로부터 외부로 유도된다. 상기한 광은 상부 기판의 단부에 의해 또는 상부 기판의 외부로 흡수될 수도 있고 또는 스위칭 광으로서 사용될 수도 있다. 그러나, 상부 기판(11)에 다양한 구조를 제공하는 경우, 광이 그 부분으로 입사되면, 그 광이 노이즈로 바뀌거나 감쇄되므로, 그 광을 주의해서 처리할 필요가 있게 된다.
도 30a 및 도 30b에 도시된 광 스위칭 소자에서는, 도 24a 및 도 24b에 도시된 광 추출부(17a)에 형성된 테이퍼부(20a) 대신에, 흡수층(45)을 형성한다. 흡수층(45)은 상부 기판(11)을 통해 광 추출부(17a)를 투과하는 광(P2)을 흡수하므로, 전반사광(P3)만을 광 스위칭 소자에서 사용할 수 있게 된다. 물론, 상기 한 광 스위칭 소자에서는, 광 추출부(17a)에 테이퍼부를 제공할 필요가 없다.
도 31a 및 도 31b에 도시된 광 스위칭 소자에서는, 하부 기판(21)의 광 추출부(17a)를 투과하는 광(P2)을 반사시키는 흡수층(46)을 일부 형성한다. 따라서, 전 반사광(P3)만을 사용하는 광 스위칭 소자가 제공된다.
상술한 변형예들에서 설명한 바와 같이, 흡수층은 V-형 트렌치와 더불어 사용될 수 있을 뿐만 아니라 마이크로프리즘 또는 원주 렌즈와 더불어 사용될 수 있다.
[이미지 디스플레이 장치]
도 32는 상술한 스위칭 소자(10) 또는 스위칭 장치(1)를 사용하는 이미지 디스플레이 장치의 일예로서 투사형 디스플레이의 구조를 도시한다. 여기서는, 광 스위칭 소자(10)로부터의 전반사광(P3)을 이미지 디스플레이에 사용하는 경우에 대해 설명한다. 광 추출부(17a)로부터의 투과광(P2)을 또한 사용할 수도 있다.
투사형 디스플레이는 각각 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 색상을 갖는 광원(31a, 31b, 31c)과, 스위칭 소자 어레이(32a, 32b, 32c)와, 미러(33a, 33b, 33c)와, 투사 렌즈(34)와, 단축 스캐너로서 작용하는 갈바니 전기 미러(35)와 스크린(36)을 구비한다. R, G 및 B 칼라의 광원(31a, 31b, 31c)으로서는, 여러 가지 방식 즉, R, G 및 B 칼라 레이저가 사용되게 하는 방식과 R, G 및 B 광이 이색성 미러 또는 칼라 필터를 사용하는 백색 광원에 의해 생성되게 하는 방식이 있다. 이와 관련해서, 삼원색은 적색, 녹색 및 청색 외에도 청록색, 심홍색, 황색일 수도 있다. 스위칭 소자 어레이(32a, 32b, 32c)는 복수개 즉, 1000개의 상기한 스위칭 소자(10)가 지면에 대해 수직한 방향으로 선형 배열되도록 제각기 구성된다.
이 투사형 디스플레이에서, R, G 및 B 칼라의 광원(31a, 31b, 31c)으로부터 방사된 광은 광 스위칭 소자 어레이(32a, 32b, 32c)에 입사된다. 각 광 스위칭 소자(10)로부터의 전반사광(P3)은 미러(33a, 33b, 33c)에 의해 투사 렌즈(34)에 수렴된다. 투사 렌즈(34)에 수렴된 광은 갈바니 전기 미러(35)에 의해서 스캐닝되고 그 다음 이차원 이미지로서 스크린(36)에 투사된다.
상술한 바와 같이, 투사형 디스플레이에서는, 복수개의 광 스위칭 소자(10)를 선형적으로 배열하고 조사한 광(R, G 및 B)과 스위칭 후의 광을 단축 스캐너로 스캐닝함으로써 이차원 이미지를 디스플레이한다. 여기서는, 광 스위칭 소자(10)의 고속 스위칭을 상술한 바와 같이 수행함으로써, 시분할적 디지털 제어에 의해 높은 정확도의 계조 표시를 얻는다.
광 스위칭 소자(10)의 응답 속도가 충분히 높으므로, 단일의 광 스위칭 소자 선형 어레이를 각각의 R, G 및 B 칼라에 대해 사용하고, R, G 및 B의 광을 광 스위칭 소자 선형 어레이에 대한 스위칭에 의해서 조사하여, 칼라 이미지 디스플레이를 달성한다.
본 발명을 기본적인 실시예 및 변형예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이들에 한정되지 않으며, 다양한 변형예가 가능하다. 예를 들어, 상술한 실시예들에서는 광 스위칭 소자(10)가 선형적으로 배열되도록 하는 구조를 광 스위칭 장치(1)가 갖게 하였으나, 광 스위칭 소자를 이차원적으로 배열할 수도 있다. 상술한 실시예에서는, 본 발명의 광 스위칭 소자를 디스플레이로서 사용하는 예를 설명하였으나, 본 발명을 광 통신 장치, 광 저장 장치 및 광 프린터 등과 같은 각종 장치에 적용할 수도 있다.
분명, 본 발명의 많은 변형 및 변경이 상기한 개시 내용으로부터 가능하므로, 당업자라면 알 수 있듯이, 특별히 별도로 설명하지 않아도 특허청구범위의 범주 내에서 본 발명을 실시할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 광 스위칭 소자 또는 광 스위칭 장치는, 입사광이 전반사될 수 있게 하는 전반사면을 갖는 전반사부, 및 제1 위치 또는 제2 위치로 스위칭될 수 있는 투광성 광 추출부를 제공하되, 제1 위치를, 광 추출부가 전반사 부재의 전반사면과 접촉하는 위치 또는 광 추출부가 근접장 광을 추출할 수 있을 정도로 충분히 작은 간격으로 전반사면에 근접하게 배치되는 위치로 하고, 제2 위치를, 광 추출부가 근접장 광이 추출되는 간격보다 큰 간격을 두고 배치되는 위치로 함으로써, 고속 응답을 가능하게 한다.
본 발명의 이미지 디스플레이 장치는 본 발명의 광 스위칭 소자를 선형 배열하고, 선형 구조로 된 광 스위칭 장치에 삼원색을 조사하고 이 삼원색을 단축 스캐너로 스캐닝함으로써, 이차원 이미지를 디스플레이할 수 있고 계조 표시를 높은 정확도로 제공한다. 따라서, 우수한 화질의 이미지를 얻을 수 있고 소형화를 구현할 수 있다.

Claims (21)

  1. 광 스위칭 소자에 있어서,
    입사광을 전반사할 수 있는 전반사면을 갖는 전반사 부재; 및
    제1 위치 또는 제2 위치 중 어느 하나에 스위칭할 수 있는 투광성 광 추출부
    를 포함하되,
    상기 제1 위치는 상기 광 추출부가 상기 전반사 부재의 상기 전반사면과 접촉하는 위치, 또는 상기 광 추출부가 근접장(near-field) 광을 추출할 수 있을 정도로 충분히 작은 간격으로 상기 전반사면에 근접하게 배치되는 위치이고, 상기 제2 위치는 상기 광 추출부가 상기 근접장 광이 추출되는 상기 간격보다 더 큰 간격을 두고 배치되는 위치인 광 스위칭 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 추출부를 상기 입사광의 도출 방향에 따라 상기 제1 위치 또는 상기 제2 위치 중 어느 하나에 스위칭하기 위한 구동 수단
    을 포함하는 광 스위칭 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광 추출부가 상기 제2 위치에 있는 경우에는 상기 전반사 부재의 상기 전반사면으로부터 반사된 반사광이 사용되는 광 스위칭 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광 추출부가 상기 제1 위치에 있는 경우에는 상기 전반사 부재와 상기 광 추출부를 통해 투과된 광이 사용되는 광 스위칭 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전반사 부재로부터 반사된 전반사광과 상기 광 추출부를 통해 투과된 투과광이 2방향의 광 편향 소자로서 사용되는 광 스위칭 소자.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 전반사 부재는 한 쌍의 평행면을 갖는 투광성 기판이되, 상기 평행면들 중의 한 면은 입사면이고, 상기 평행면들 중의 다른 면은 상기 광 추출부가 제2 위치에 있는 경우에 전반사면이거나 상기 광 추출부가 상기 제1 위치에 있는 경우에 방사면인 광 스위칭 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 투광성 기판의 상기 입사면에는 한 쌍의 V-형 트렌치가 제공되고, 상기 입사광은 상기 V-형 트렌치들 중의 한 트렌치에서 상기 전반사면으로 유도되며, 상기 전반사면으로부터의 반사광은 상기 V-형 트렌치들 중의 다른 트렌치에서 외부로 유도되는 광 스위칭 소자.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 투광성 기판의 입사면 측에는 마이크로프리즘이 제공되되,
    상기 마이크로프리즘은 상기 입사광의 도입부 및 상기 전반사면으로부터의 반사광의 방사부로서 작용하는 광 스위칭 소자.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 투광성 기판의 입사면 측에는 마이크로 원주 렌즈가 제공되되,
    상기 마이크로 원주 렌즈는 상기 입사광의 도입부 및 상기 전반사면으로부터의 반사광의 방사부인 광 스위칭 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광 추출부는 가교형 구조를 갖는 판 형태의 투광성 기판인 광 스위칭 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 광 추출부의 상기 전반사 부재 측과 반대쪽의 면에는 전반사 방지부가 제공되되,
    상기 전반사 방지부는 상기 광 추출부가 상기 제1 위치에 있는 경우에 상기 광 추출부에서 상기 전반사 부재를 통해 투과된 상기 입사광의 전반사광을 방지하는 광 스위칭 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전반사 방지부는, 전반사를 일으키지 않는 각도를 갖고 상기 전반사 부재측의 반대 방향으로 상기 입사광을 유도하는 투광성 테이퍼부인 광 스위칭 소자.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 전방사 방지부는 상기 입사광을 흡수하는 흡수층인 광 스위칭 소자.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 투광성 기판의 상기 입사면 측에는 상기 전반사면으로부터 반사된 반사광을 흡수하는 전반사광 흡수층이 제공되는 광 스위칭 소자.
  15. 제6항에 있어서,
    상기 투광성 기판은, 상기 투광성 기판 내부에서 전반사를 반복하여 일으킴으로써 상기 전반사면으로부터의 반사광을 단부 방향으로 유도하는 전반사부를 구비하고, 상기 광을 상기 투광성 기판의 단부 방향과 상기 광 추출부의 투과 방향인 2 방향으로 편향시키는 광 스위칭 소자.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 구동 수단은, 상기 전반사 부재의 상기 반사면과 상기 광 추출부의 반대쪽의 위치에 서로 대향하는 식으로 배치되는 한 쌍의 투명 전극, 및 상기 한 쌍의 투명 전극에 전압을 인가하기 위한 전압 인가 수단을 구비하되,
    상기 광 추출부는 상기 한 쌍의 투명 전극 간의 전위차에 의해서 발생되는 정전 인력에 의해 구동되는 광 스위칭 소자.
  17. 제6항에 있어서,
    상기 광 추출부의 상기 투광성 기판의 반대쪽의 위치에는 상기 전반사 부재와 대향하고 상기 광 추출부로부터의 방사광이 진입하는 다른 투광성 기판이 제공되는 광 스위칭 소자.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 다른 투광성 기판의 입사면 측에는 상기 광 추출부로부터의 방사광을 흡수하는 흡수층이 제공되는 광 스위칭 소자.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 구동 수단은, 상기 전반사 부재의 상기 전반사면, 상기 광 추출부, 및 상기 다른 투광성 기판의 상기 광 추출부의 반대쪽의 위치에 서로 대향하는 식으로 각각 제공되는 3개의 투명 전극, 및 상기 3개의 투명 전극에 전압을 인가하기 위한 전압 인가 수단을 구비하되,
    상기 광 추출부는 상기 투명 전극들 간의 전위차에 의해서 발생되는 정전 인력에 의해 구동되는 광 스위칭 소자.
  20. 스위칭 장치에 있어서,
    복수개의 광 스위칭 소자를 포함하되,
    상기 광 스위칭 소자는 입사광을 전반사할 수 있는 전반사면을 갖는 전반사 부재, 및 제1 위치 또는 제2 위치 중 어느 하나에 스위칭할 수 있는 투광성 광 추출부를 포함하며,
    상기 제1 위치는 상기 광 추출부가 상기 전반사 부재의 상기 전반사면과 접촉하는 위치, 또는 상기 광 추출부가 근접장 광을 추출할 수 있을 정도로 충분히 작은 간격으로 상기 전반사면에 근접하게 배치되는 위치이고, 상기 제2 위치는 상기 광 추출부가 상기 근접장 광이 추출되는 상기 간격보다 더 큰 간격을 두고 배치되는 위치인 스위칭 장치.
  21. 이미지 디스플레이 장치에 있어서,
    복수개의 광 스위칭 소자에 삼원색을 조사하고 스캐너로 스캐닝함으로써 이차원 이미지를 디스플레이하되,
    상기 광 스위칭 소자는 입사광을 전반사할 수 있는 전반사면을 갖는 전반사 부재, 및 제1 위치 또는 제2 위치 중 어느 하나에 스위칭할 수 있는 투광성 광 추출부를 포함하며,
    상기 제1 위치는 상기 광 추출부가 상기 전반사 부재의 상기 전반사면과 접촉하는 위치, 또는 상기 광 추출부가 근접장 광을 추출할 수 있을 정도로 충분히 작은 간격으로 상기 전반사면에 근접하게 배치되는 위치이고, 상기 제2 위치는 상기 광 추출부가 상기 근접장 광이 추출되는 상기 간격보다 더 큰 간격을 두고 배치되는 위치인 이미지 디스플레이 장치.
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