KR100815359B1 - 가변 격자형 회절 광변조기 - Google Patents

가변 격자형 회절 광변조기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가변 격자형 회절 광변조기에 관한 것으로서, 특히 압전 구동방식에 의해 하부 반사판 어레이의 하부 반사판을 구동하고 하부 반사판 어레이로부터 이격되어 위치하며 하부 반사판 어레이를 덮고 있는 광투과 재질의 기판의 하면에 상부 반사판 어레이를 구비하여 기판에 입사되는 입사광을 반사 또는 회절시킬 수 있도록 조절이 가능한 가변 격자형 회절 광변조기에 관한 것이다.
압전, 박막, 후막, 광변조기, 회절형 광변조기, 가변

Description

가변 격자형 회절 광변조기{Variable-type diffraction optical modulator}
도 1은 종래 기술의 정전기 방식 격자 광 변조기를 도시하는 도면.
도 2는 종래 기술의 정전기 방식 격자 광 변조기가 변형되지 않는 상태에서 입사광을 반사시키는 것을 도시하는 도면.
도 3은 종래 기술의 격자 광 변조기가 정전기력에 의해 변형된 상태에서 입사광을 회절시키는 것을 도시하는 도면.
도 4는 개선된 종래 기술에 따른 변형되지 않은 상태에서 회절격자 광밸브 의 가늘고 긴 회절부재의 측단면도를 도시한다.
도 5는 종래 개선된 기술에 따른 회절격자 광밸브의 정전기력에 의해 변형된 가늘고 긴 회절부재의 측면도.
도 6은 종래 개선된 기술에 따른 정전기력에 의해 변형된 상태에서 입사광을 회절시키는 6개의 가늘고 긴 회절부재를 교대로 가진 회절격자 광밸브의 디스플레이 회절부재의 정면도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 격자형 회절 광변조기의 사시도.
도 8a 및 도 8b는 도 7의 본 발명의 일실시예에 따른 가변 격자형 회절 광변조기의 분해 사시도.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 격자형 회절 광변조기에서 회절광의 형성을 설명하기 위한 도면.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 격자형 회절 광변조기의 상부 마이크로 미러의 배열 구조의 실시예를 나타내는 도면.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 격자형 회절 광변조기의 사시도.
도 12a 및 도 12b는 도 11의 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 격자형 회절 광변조기의 분해 사시도.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가변 격자형 회절 광변조기의 사시도.
도 14a 및 도 14b는 도 13의 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가변 격자형 회절 광변조기의 분해 사시도.
도 15은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가변 격자형 회절 광변조기의 사시도.
도 16a 및 도 16b는 도 15의 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가변 격자형 회절 광변조기의 분해 사시도.
도 17a 내지 도 17c는 도 13, 도 14a, 도 15, 도 16a의 압전 박막 마이크로 미러 어레이의 사시도.
본 발명은 가변 격자형 회절 광변조기에 관한 것으로서, 특히 압전 구동방식에 의해 하부 반사판 어레이의 하부 반사판을 구동하고 하부 반사판 어레이로부터 이격되어 위치하며 하부 반사판 어레이를 덮고 있는 광투과 재질의 기판의 하면에 상부 반사판 어레이를 구비하여 기판에 입사되는 입사광을 반사시켜 회절광을 형성할 수 있도록 하는 가변 격자형 회절 광변조기에 관한 것이다.
일반적으로, 광신호처리는 많은 데이타 양과 실시간 처리가 불가능한 기존의 디지탈 정보처리와는 달리 고속성과 병렬처리 능력, 대용량의 정보처리의 장점을 지니고 있으며, 공간 광변조이론을 이용하여 이진위상 필터 설계 및 제작, 광논리게이트, 광증폭기 등과 영상처리 기법, 광소자, 광변조기 등의 연구가 진행되고 있다. 이중 공간 광변조기는 광메모리, 광디스플레이, 프린터, 광인터커넥션, 홀로그램 등의 분야에 사용되며, 이를 이용한 표시장치의 개발 연구가 진행되고 있다.
이러한 공간 광변조기로는 일예로 도 1에 도시된 바와 같은 반사형 변형 가능 격자 광변조기(10)이다. 이러한 변조기(10)는 블룸 등의 미국특허번호 제 5,311,360호에 개시되어 있다. 변조기(10)는 반사 표면부를 가지며 기판(16) 상부에 부유(suspended)하는 다수의 일정하게 이격하는 변형 가능 반사형 리본(18)을 포함한다. 절연층(11)이 실리콘 기판(16)상에 증착된다. 다음으로, 이산화실리콘 막(12) 및 저응력 질화실리콘 막(14)의 증착이 후속한다. 질화실리콘 막(14)은 리본(18)으로부터 패터닝되고 이산화실리콘막(12)의 일부가 에칭되어 리본(18)이 질화물 프레임(20)에 의해 이산화실리콘막(12)상에 유지되도록 한다. 단일 파장 λ0를 가진 광을 변조시키기 위해, 변조기는 리본(18)과 이산화실리콘막(12)의 단차가 λ0/2의 배수가 되도록 설계된다.
리본(18)상의 반사 표면(22)과 기판(16)의 반사 표면 사이의 수직 거리로 한정된 이러한 변조기(10)의 격자 진폭은 리본(18)(제 1 전극으로서의 역할을 하는 리본(18)의 반사 표면(22))과 기판(16)(제 2 전극으로서의 역할을 하는 기판(16) 하부의 전도막(24)) 사이에 전압을 인가함으로써 제어된다. 변형되지 않은 상태에서, 즉, 어떠한 전압도 인가되지 않은 상태에서, 격자 진폭은 λ0/2와 같고, 리본과 기판으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 λ0와 같아서, 이러한 반사광에 위상을 보강시킨다. 따라서, 변형되지 않은 상태에서, 변조기(10)는 평면거울처럼 작용하여 광을 반사한다. 변형되지 않은 상태가 입사광과 반사광을 도시하는 도 2에 20으로서 표시된다.
적정 전압이 리본(18)과 기판(16) 사이에 인가될 때, 정전기력이 리본(18)을 기판(16) 표면 방향으로 다운(down) 위치로 변형시킨다. 다운 위치에서, 격자 진폭은 λ0/4와 같게 변한다. 전체 경로차는 파장의 1/2이고, 변형된 리본(18)으로부터 반사된 광과 기판(16)으로부터 반사된 광이 상쇄 간섭을 하게 된다. 이러한 간섭의 결과, 변조기는 입사광(26)을 회절시킨다. 변형된 상태가 +/- 회절모드(D+1, D-1)로 회절된 광을 도시하는 도 3에 각각 28과 30으로 표시된다.
리본(18) 하부에 공간을 형성하는데 사용되는 습식 공정 동안 그리고 변조기(10)의 동작 동안 리본(18)과 기판(16) 사이의 부착이 이러한 장치에서 큰 문제점인 것으로 판명되었다. 부착을 감소시키는 여러 방법: 냉동-건조, OTS 단층 처리, 짧은 리본을 사용함으로써 딱딱한 리본 및/또는 팽팽한 질화물 막의 사용, 표면중 하나 또는 둘 모두를 거칠게 하거나 또는 주름지게 하는 방법, 리본의 하부상에 반전 레일을 형성하는 방법 및 표면의 화학특성을 변화시키는 방법 등이 있다. 스코트랜드의 힐톤 헤드 아일랜드에서 1994년 6월 개최된 고체 상태 센서 및 액츄에이터에 관한 워크샵에서 산데야스 등의 "고분해능 디스플레이용 변형 가능한 격자 광밸브의 표면 미세제조" 및 압테 등의 "고분해능 디스플레이용 격자 광 밸브"에 브리지 하부상에 반전 레일을 형성하므로써 접촉 영역을 감소시키고 거친 폴리실리콘 막을 각각 사용함으로써 이러한 부착을 방지하는 것에 관해 발표되었다.
더욱이, 압테 등은 변조기(10)의 기계적 동작의 특성이 인가된 전압의 함수로서 리본(18)의 변형에서의 이력현상이라는 것을 알았다. 이력 현상에 대한 이론적 근거는 리본(18)과 기판(16) 사이의 정전기적 인력이 변형량의 비-선형 함수인 반면, 리본(18)의 경도와 장력에 위한 복원력이 실질적으로 선형 함수라는 것이다.
블룸 등의 미국특허번호 5,311,360호에는 변조기(10)에 활성소자를 필요함없이 활성 매트릭스 설계의 장점을 제공하는 이러한 래칭 특성이 개시된다. 추가로, 블룸 등은 이러한 특성이 사용 가능한 전력의 효율적 사용이 매우 중요한 저전력 응용에서 바람직하다는 것을 개시한다. 하지만, 부착 문제점에 대해 블룸 등은 접촉 영역을 감소시키도록 리본(18) 하부에 적은 리지를 첨가하여 부착 문제를 감소시키는 것에 관해 개시하고 있다. 하지만, 변조기(10)의 기판이 광 표면으로서 사용되기 때문에, 표면에 작은 리지를 추가하기 위한 제조 공정은 기판(16)의 반사부가 고반사율을 가진도록 매끄러워야 하며 리본(18)에 평행한 평면내에 위치하여야 한다는 복잡성을 가진다.
통상적인 디스플레이는 화소의 2차원 어레이내에서 형성된다. 다수의 화소 각각에 의해 형성된 불연속 이미지는 사용자의 눈에 의해 통합되어 전체 이미지를 나타내는 화소의 복합상을 형성한다. 불행히도, 이러한 디스플레이 장치의 비용은 각각의 화소가 전체 어레이를 형성하기 위해 중복되고 각각의 화소를 제조하는 비용 역시 중복되기 때문에 증가된다. 이러한 화소화된 디스플레이의 예는 텔레비전 또는 컴퓨터 시스템이다. 각각의 화소는 LCD 장치 또는 CRT에 의해 형성될 수 있다.
그러므로, 반사 회절부재와 기판 사이의 부착이 이러한 부착을 감소시키는데 필요한 복잡한 표면 처리를 사용함없이 감소 또는 제거되는 회절격자 광 밸브가 필요하다.
또한, 이미지 품질을 저하시킴없이 시스템을 설계하는데 필요한 화소의 수를 감소시킴으로써 제조 비용을 감소시키는 디스플레이가 필요하다.
이러한 필요를 만족시키기 위한 개선된 종래 기술로는 실리콘 라이트 머신즈 사의 한국 출원번호 10-2000-7014798의 "2차원 이미지를 형성하기 위해 입사광 빔을 변조시키는 방법 및 장치"가 있다.
개시된 "2차원 이미지를 형성하기 위해 입사광 빔을 변조시키는 방법 및 장치"에 있어 회절격자 광 밸브는 반사표면을 각각 가진 다수의 가늘고 긴 회절부재를 포함한다. 가늘고 긴 회절부재는 기판 상부에서 상호 평행하고, 지지되는 단부를 가지며 인접 반사 표면의 열(회절격자 광밸브 어레이)을 형성하도록 정렬한다. 가늘고 긴 회절부재는 디스플레이 회절부재에 따라 그룹을 형성한다. 각각의 그룹이 교대하여 기판에 대해 전압을 인가함으로써 변형된다. 각각의 변형된 가늘고 긴 회절부재의 거의 평면인 중심부는 각각의 변형되지 않은 회절부재의 중심부로부터 미리 설정된 거리로 실질적으로 평행하다. 미리 설정된 거리는 변형되지 않은 반사표면과 기판 사이의 거리의 1/3 내지 1/4로 선택되어 변형된 가늘고 긴 회절부재가 기판의 표면과 접촉하지 않도록 한다. 기판과의 접촉을 방지함으로써 가늘고 긴 회절부재가 기판과 부착되는 것이 방지된다. 추가로, 미리 설정된 거리를 제한함으로써 가늘고 긴 회절부재를 변형시키는 이력현상을 방지한다.
도 4는 개선된 종래 기술에 따른 변형되지 않은 상태에서 회절격자 광밸브 의 가늘고 긴 회절부재(100)의 측단면도를 도시한다. 도 4에서, 가늘고 긴 회절부재(100)는 그 단부에 의해 기판(구성층 포함) 표면 상에 부유된다. 도 4에서 도면부호 102는 이격 공간을 나타낸다.
도 5는 회절격자 광밸브의 변형된 가늘고 긴 회절부재(100)의 측단면도를 도시한다. 도 5는 변형된 상태에서 가늘고 긴 회절부재(100)가 가늘고 긴 회절부재(100) 하부의 후속층의 표면과 접촉하지 않으면서 부유된 상태를 유지하는 것을 도시한다. 이는 도 1 내지 도 3의 종래의 변조기와는 대조된다. 가늘고 긴 회절부재(100)와 기판 표면 사이의 접촉을 방지함으로써, 종래 기술의 변조기와 관련된 문제점이 방지된다. 하지만, 변형된 상태에서, 가늘고 긴 회절부재(100)는 늘어지는 경향이 있다. 이는 가늘고 긴 회절부재(100)가 자신의 길이방향으로 균일하게 기판쪽으로 길이에 수직하는 정전기 인력을 받고, 반면에 가늘고 긴 회절부재(100)의 장력은 가늘고 긴 회절부재(100)의 길이를 따라 받기 때문이다. 따라서, 가늘고 긴 회절부재의 반사표면은 평면형이 아닌 곡선형이다.
하지만, 가늘고 긴 회절부재(100)의 중심부(102)는 거의 평면인 상태를 유지하여, 각각의 가늘고 긴 회절부재(100)의 중심부에 의해서만 얻어진 회절광의 대비(contrast)가 만족스러운 값이 되도록 한다. 실제로, 거의 평면인 중심부(102)는 지지홀(110) 사이 길이의 1/3이다. 그러므로, 지지홀(75) 상의 거리가 75미크론일 때. 거의 평면인 중심부(102)는 길이가 대략 25미크론이다.
도 6은 변형된 가늘고 긴 회절부재(100)가 교대로 배치된 디스플레이 회절부재(200)의 정면도를 도시한다. 도 6에서 도시된 도면은 도 5에 도시된 선 B-B'를 따라 절취한 것이다. 실질적으로 제거되지 않은 가늘고 긴 리본(100)이 인가된 바이어스 전압에 의해 원하는 위치에 유지된다. 이동하는 가늘고 긴 리본(100)내 변형된 상태는 도전체층(106)에 대해 가늘고 긴 회절부재(100)에 교대로 구동 전압을 인가함으로써 달성된다. 수직 거리 d1은 대략적으로 평면이 중심부(102)(도 5)에 대해 거의 일정하고, 이에 따라 회절격자 광밸브의 격자 진폭을 한정한다. 격자 진폭 d1은 구동된 가늘고 긴 회절부재(100)상의 구동 전압을 조정함으로써 조정될 수 있다. 이는 최적의 대비(contrast)로 회절격자 광밸브의 정밀한 미세조정을 가능케 한다.
단일 파장(λ1)을 가진 회절하는 입사광에 대해, 회절격자 광밸브는 디스플레이될 이미지에서의 최대 대비(contrast)를 위해 입사광 파장의 1/4(λ0/4)과 동일한 격자 진폭 d1을 가지는 것이 바람직하다. 하지만, 격자 진폭 d1은 파장 λ1의 1/2와 파장 λ1의 전체 수의 합(즉, d1=λ1/4, 3λ1/4, 5λ1/4,...,Nλ1/2+λ1/4)과 동일한 일주(round trip) 거리만을 필요로 한다.
도 6를 참조하면, 각각의 가늘고 긴 회절부재(100)의 하부 표면이 거리 d2로 기판으로부터 분리되는 것을 알 수 있다. 따라서, 가늘고 긴 회절부재(100)는 회절격자 광밸브의 동작 동안 기판과 접촉하지 않는다. 이는 반사 리본과 기판 사이에서의 종래 기술의 변조기의 부착과 관련된 문제점을 방지한다.
그러나, 상기한 종래 기술은 마이크로 미러 리본의 구동을 위하여 각각의 미러 사이에 빈공간(GAP)이 필수적으로 존재해야 하는데, 이러한 빈공간이 커질수록 동일한 리본 너비에 대하여 충진도(fill factor)가 줄어들게 되어 0차나 ±1차파로 회절되는 최대 광량이 작아지게 되어 광변조기의 동적 범위가 줄어들게 되는 문제점이 있었다.
또한, 상기와 같은 종래 기술에 따르면, 광변조기는 프린팅이나 디스플레이용 응용 분야의 설계상 요구사항에 따라서 다양한 길이의 격자주기(pitch)를 가지게 되는데, 주어진 격자주기에서 광변조기 소자는 리본 빈공간의 크기를 최소화시켜야 하는데 작은 격자주기의 소자의 경우 충분한 변조 동적 범위의 확보를 위하여 높은 충진도가 요구되며 따라서 작은 빈공간이 요구되는데 이러한 작은 빈공간을 제작하기가 매우 어려우며 빈공간이 작아질수록 소자 수율 저하에 직접적인 영향을 미치게 된다.
또한, 상기와 같은 종래 기술에 따르면, 동시에 구동되는 한 픽셀내의 3~4개의 마이크로 미러는 각각의 구동거리가 서로 정확하게 맞게 조절되지 않으면 회절효율의 저하가 나타나며 이는 전체 픽셀간의 출력광 균일도 저하를 야기시킨다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 압전 구동방식에 의해 하부 반사판 어레이의 하부 반사판을 구동하고 하부 반사판 어레이로부터 이격되어 위치하며 하부 반사판 어레이를 덮고 있는 광투과 재질의 기판의 하면에 상부 반사판 어레이를 구비하여 기판에 입사되는 입사광을 반사시켜 회절광을 형성할 수 있도록 하는 가변 격자형 회절 광변조기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 빛을 투과하는 광투명판; 상기 광투명판의 하부에 각각 부착되어 있고, 상기 광투명판 하부와 접촉되는 부분에 각각 제1 반사면을 가지고 있으며 일렬로 배열되어 있는 복수개의 제1 반사판; 상기 제1 반사판과 간격을 두고 아래쪽에 떨어져 있고, 상측에서 입사되는 입사광을 반사하는 제2 반사면을 각각 가지고 있으며, 일렬로 배열되어 있는 복수개의 제2 반사판; 및 상기 제2 반사판 아래에 각각 부착되어 있으며, 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면이 평면거울이 되도록 하는 제1 위치와 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면이 입사되는 입사광을 회절시키는 제2 위치 사이를 상기 제2 반사판이 이동하도록 압전재료를 사용하여 상기 제2 반사판을 움직이는 다수의 구동체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이제, 도 7 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 격자형 회절 광변조기의 사시도이다.
도면을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 가변 격자형 회절 광변조기는 유리 기판(1000)과 가변부(1010)로 구성되어 있다.
유리 기판(1000)은 입사되는 빛을 투과할 수 있는 광투과성 물질로 상측에서 입사되는 입사광을 투과시킨다. 그리고, 유리 기판(1000)은 가변부(1010)에 접하는 면에 다수의 분리된 반사판(1001a~1001h)이 배열되어 상부 반사판 어레이를 형성하고 있다.
그리고, 가변부(1010)은 사각 막대 형상으로 다수의 굴곡부를 가지는 압전 재료층(1013)과 각각의 굴곡부의 상부에 위치한 상부 전극층(1012a~1012d)과 하부에 위치한 하부 전극층(1014a~1014d)을 구비하고 있다. 여기에서 상부 전극층(1012a~1012d)은 하부 반사판으로 기능하며 다수의 상부 전극층(1012a~1012d)은 하부 반사판 어레이를 형성한다.
이와 같이 형성된 가변부(1010)의 다수의 상부 전극층(1012a~1012d)과 다수의 하부 전극층(1014a~1014d)중 구동을 원하는 상부 전극층(1012a~1012d중 일예로 1012b라고 하면)에 전압을 인가하면 해당하는 압전재료층(1013)의 굴곡부가 상하 수축 팽창하여 구동력을 발생시키고 이에 따라 전압이 인가된 상부 전극층(1012a~1012d중 1012b)은 위 또는 아래로 이동하여 대응되는 부분에 위치하는 유리 기판(1000)의 상부 반사판(1001a~1001h중 1001c, 1001d)과 λ0/4 배의 배수의 단차를 형성하게 되며 이에 따라 유리 기판(1000)의 상측에서 입사되는 입사광에 대하여 회절광을 발생시킨다.
즉, 이와 같이 입사되는 입사광에 대해 상부 반사판(1001a~1001h)과 하부 반사판(1012a~1012d)이 만드는 λ0/4 배의 배수의 단차가 회절광을 생성한다.
도 8a 및 도 8b는 도 7의 본 발명의 일실시예에 따른 가변 격자형 회절 광변조기의 분해 사시도이다.
도 8a를 참조하면, 가변부(1010)은 반사면이면서 상부 전극으로 기능하는 상부 전극층(1012a~1012d)를 구비하고 있고, 전압이 인가되면 수축 팽창하는 압전재료층(1013)을 구비하고 있으며, 하부 전극으로 기능하는 하부 전극층(1014a~1014d) 를 구비하고 있다.
상부 전극층(1012a~1012d)은 반사면으로 기능하여 입사광이 유리기판(1000)을 통하여 입사되면 반사시킨다. 이때 상부 반사판(1001a~1001d)와 상부 전극층(1012a~1012d)와의 단차의 변동은 압전 재료층(1013)의 수축 팽창에 의한 상부 전극층(1012a~1012d)의 이동에 의해 발생된다.
도 8b를 참조하면, 유리 기판(1000)은 입사광을 투과할 수 있는 광투과 물질로서, 상면에는 분리되어 있는 다수의 반사판(1001a~1001h)이 일정한 간격으로 배열되어 상부 반사판 어레이를 형성한다. 그리고 여기에서는 가변부(1010)의 상부 전극층(1012a~1012d)의 길이방향과 동일한 방향으로 정렬되어 있지만 다른 실시예에서는 수직방향으로 정렬이 가능하다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 격자형 회절 광변조기에서 회절광의 형성을 설명하기 위한 도면이다(도 7내지 도 8b의 배열과 동일하지는 않다).
도 9a를 참조하면 상부 반사판(1001a~1001i)과 하부 반사판(1012a~1012c; 상부 전극층을 말한다)이 회절광을 발생하기 위한 λ0/4 배수배의 단차를 발생시키지 않으며 이때 입사되는 빛은 다 반사된다.
그러나 도 9b를 참조하면 두번째 압전 재료층(1013)이 수축하여 상부 전극층(1012b)이 아래로 이동하고 이에 따라 대응하는 상부 반사판(1001d, 1001e, 1001f)과 λ0/4 배수배의 단차가 발생됨에 따라 유리기판(1000)의 상측으로부터 입 사되는 입사광은 회절되어 회절광이 발생된다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 격자형 회절 광변조기의 상부 반사판 어레이의 구조의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 도 9a 및 도 9b와 다른점으로 상부 반사판(1001a~1001i)중 도면부호 1001d, 1001g의 반사판이 가변부(1010)의 굴곡부 빈공간에 위치하고 있음을 알 수 있다. 이렇게 함으로 가변부(1010)의 굴곡부 빈공간에 의한 효율저하를 방지할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 격자형 회절 광변조기의 사시도이다.
도면을 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 격자형 회절 광변조기는 유리 기판(1400)과 가변부(1410)로 구성되어 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변형 전왜 회절형 광변조기 일실시예와 다른점은 다수의 상부 반사판(1401a~1401c)이 가변부(1410)의 상부 전극층(1412a~1412d)의 길이 방향에 수직하게 놓여 있다는 점이다.
유리 기판(1400)은 입사되는 빛을 투과할 수 있는 광투과성 물질로 입사되는 입사광을 투과시킨다. 그리고, 유리 기판(1400)은 가변부(1410)에 접하는 하면에 다수의 분리된 반사판(1401a~1401c)이 배열되어 이루어진 상부 반사판 어레이가 구비되어 있다.
그리고, 가변부(1410)는 사각 막대 형상으로 다수의 굴곡부를 가지는 압전재료층(1413)과 각각의 굴곡부의 상부에 위치한 상부 전극층(1412a~1412d)와 하부에 위치한 하부 전극층(1414a~1414d)을 구비하고 있다. 여기에서 상부 전극층(1412a~1412d)는 하부 반사면으로 기능한다.
가변부(1410)중 구동을 원하는 상부 전극층(1412a~1412d)에 전압이 인가되면 대응하는 압전재료층(1413)의 굴곡부가 상하 수축 팽창하여 구동력을 발생시키고 이에 따라 해당하는 상부 전극층(1412a~1412d)이 아래로 이동하여 대응하는 상부 반사판(1401a~1401c)과 λ0/4 배수배의 단차를 발생시킨다.
이렇게 하면 유리 기판(1400)의 상측에서 입사되는 입사광은 상부 반사판(1401a~1401c)과 하부 반사면(1412a~1412d)이 만드는 λ0/4 배수배의 단차에 의해 회절되어 회절광이 된다.
도 12a 내지 도 12b는 도 11의 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 격자형 회절 광변조기의 분해 사시도이다.
도 12a를 참조하면, 가변부(1410)는 반사면이면서 상부 전극으로 기능하는 상부 전극층(1412a~1412d)를 구비하고 있으며, 전압이 인가되면 수축 팽창하는 압전재료층(1413)을 구비하고 있으며, 하부 전극으로 기능하는 하부 전극층(1414a~1414d)를 구비하고 있다. 이때 상부 반사판(1401a~1401d)와 상부 전극층(1412a~1412d)의 단차의 변동은 압전 재료층(1413)의 수축 팽창에 의한 상부 전극층(1412a~1412d)의 이동에 의해 발생된다.
도 12b를 참조하면, 유리 기판(1400)은 입사광을 투과할 수 있는 광투과성 물질로서, 상부에는 분리되어 있는 다수의 반사판(1401a~1401c)이 일정한 간격으로 배열되어 있다. 그리고 여기에서는 다수의 반사판(1401a~1401c)이 압전재료층(1413)의 상부 전극층(1412a~1412d)의 길이 방향에 수직으로 정렬되어 있다.
도 13는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가변 격자형 회절 광변조기의 사시도이다.
도면을 참조하면 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가변 격자형 회절형 광변조기는 유리 기판(1600)과 가변부(1610)으로 구성되어 있다.
유리 기판(1600)은 입사되는 빛을 투과할 수 있는 광투과 물질로 입사되는 입사광을 투과시킨다. 그리고, 유리 기판(1600)은 가변부(1610)에 접하는 면에 다수의 분리된 반사판(1601a~1601h)이 구비되어 있다.
그리고, 가변부(1610)는 하우징(1611)과 하우징(1611)에 안착된 압전 박막 마이크로 미러 어레이(1612)를 포함하고 있다.
압전 박막 마이크로 미러 어레이(1612)는 리본 형상의 압전 박막 마이크로 미러(1614a~1614d)가 배열된 것으로서 각각의 압전 박막 마이크로 미러(1614a~1614d)는 하부 지지대(1615a~1615d), 하부 전극층(1616a~1616d), 압전층(1617a~1617d), 상부 전극층(1618a~1618d), 반사면(1619a~1619d)을 구비하고 있다.
이러한 압전 박막 마이크로 미러(1614a~1614d)는 상부 전극층(1618a~1618d)와 하부 전극층(1616a~1616d)에 전압이 인가되면 압전층(1617a~1617d)의 수축 팽창에 의해 도면에 표현된 함몰부(1620)에 위치한 중앙 부분이 상하로 이동하게 된다.
이에 따라, 입사되는 입사광은 상부 반사판(1601a~1601h)와 하부 반사면 (1619a~1619d)가 만드는 λ0/4배의 배수배의 단차에 의해 회절광을 형성한다.
도 14a 및 도 14b는 도 13의 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가변 격자형 회절 광변조기의 분해 사시도이다.
도 14a를 참조하면, 가변부(1610)는 하우징(1611)과 하우징(1611)에 안착된 압전 박막 마이크로 미러 어레이(1612)로 구성되어 있으며, 압전 박막 마이크로 미러 어레이(1612)는 리본 형상의 압전 박막 마이크로 미러(1614a~1614d)가 배열된 것이다.
각각의 압전 박막 마이크로 미러(1614a~1614d)는 하부 지지대(1615a~1615d), 하부 전극층(1616a~1616d), 압전층(1617a~1617d), 상부 전극층(1618a~1618d), 반사면(1619a~1619d)을 구비하고 있다.
이러한 압전 박막 마이크로 미러(1614a~1614d)는 상부 전극층(1618a~1618d)와 하부 전극층(1616a~1616d)에 전압이 인가되면 압전층(1617a~1617d)의 수축 팽창에 의해 도면에 표현된 함몰부(1620)에 위치한 중앙 부분이 상하로 이동하게 된다.
도 14b를 참조하면, 유리 기판(1600)은 입사광을 투과할 수 있는 광투과성 물질로서, 상부에는 분리되어 있는 다수의 반사판(1601a~1601h)가 일정한 간격으로 배열되어 있다. 그리고 여기에서는 가로 방향으로 정렬되어 있지만 다른 실시예에서는 세로 방향으로 정렬이 가능하다.
도 15은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가변 격자형 회절형 광변조기의 사시도이다.
도면을 참조하면 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가변 격자형 회절형 광변조기는 가변부(1810)의 압전 박막 마이크로 미러(1814a~1814d)의 길이 방향에 대하여 반사판(1801a~1801c)이 수직인 유리 기판(1800)과 유리 기판(1800)의 반사판(1801a~1801c)에 원하는 단차를 제공하기 위한 가변부(1810)로 구성되어 있다.
유리 기판(1800)은 입사되는 빛을 투과할 수 있는 광투과 물질로 입사되는 입사광을 투과시킨다. 그리고, 유리 기판(1800)은 가변부(1810)에 접하는 면에 다수의 분리된 반사판(1801a~1801c )이 구비되어 있다. 반사판(1801a~1801c)는 가변부(1810)의 압전 박막 마이크로 미러(1814a~1814d)의 길이 방향에 대하여 수직이며, 그 결과 입사되는 입사빔에 대하여 길이 방향에 따른 회절광을 생성하여 출사한다.
그리고, 가변부(1810)는 하우징(1811)과 하우징(1811)에 안착된 압전 박막 마이크로 미러 어레이(1812)를 포함하고 있다.
압전 박막 마이크로 미러 어레이(1812)는 리본 형상의 압전 박막 마이크로 미러(1814a~1814d)가 배열된 것으로서 각각의 압전 박막 마이크로 미러(1814a~1814d)는 하부 지지대(1815a~1815d), 하부 전극층(1816a~1816d), 압전층(1817a~1817d), 상부 전극층(1818a~1818d), 반사면(1819a~1819d)을 구비하고 있다.
이러한 압전 박막 마이크로 미러(1814a~1814d)는 상부 전극층(1818a~1818d)와 하부 전극층(1816a~1816d)에 전압이 인가되면 압전층(1817a~1817d)의 수축 팽창에 의해 도면에 표현된 함몰부(1820)에 위치한 중앙 부분이 상하로 이동하게 된다.
이에 따라, 입사되는 입사광은 상부 반사판(1801a~1801c)와 하부 반사면(1819a~1819d)가 만드는 λ0/4배의 배수배의 단차에 의해 회절광을 형성한다.
도 16a 및 도 16b는 도 15의 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가변 격자형 회절 광변조기의 분해 사시도이다.
도 16a를 참조하면, 가변부(1810)는 하우징(1811)과 하우징(1811)에 안착된 압전 박막 마이크로 미러 어레이(1812)로 구성되어 있으며, 압전 박막 마이크로 미러 어레이(1812)는 리본 형상의 압전 박막 마이크로 미러(1814a~1814d)가 배열된 것이다.
각각의 압전 박막 마이크로 미러(1814a~1814d)는 하부 지지대(1815a~1815d), 하부 전극층(1816a~1816d), 압전층(1817a~1817d), 상부 전극층(1818a~1818d), 반사면(1819a~1819d)을 구비하고 있다.
이러한 압전 박막 마이크로 미러(1814a~1814d)는 상부 전극층(1818a~1818d)와 하부 전극층(1816a~1816d)에 전압이 인가되면 압전층(1817a~1817d)의 수축 팽창에 의해 도면에 표현된 함몰부(1820)에 위치한 중앙 부분이 상하로 이동하게 된다.
도 16b를 참조하면, 유리 기판(1800)은 입사광을 투과할 수 있는 광투과성 물질로서, 상부에는 분리되어 있는 다수의 반사판(1801a~1801c)가 일정한 간격으로 배열되어 있다. 그리고 여기에서는 압전 박막 마이크로 미러(1814a~1814d)의 길이방향에 대하여 수직으로 놓여있다.
도 17a 내지 도 17c는 도 13, 도 14a, 도 15, 도 16a에 사용되는 압전 박막 마이크로 미러 어레이의 사시도이다.
도 17a는 도 13, 도 14a, 도 15, 도 16a에 사용되는 압전 박막 마이크로 미러 어레이의 일실시예에 따른 사시도이다.
도면을 참조하면, 실리콘 기판(1701a)과 다수의 회절부재(1710a1~1710an)로 이루어져 있다.
실리콘 기판(1701a)은 회절부재(1710a1~1710an)에 이격 공간를 제공하기 위하여 함몰부를 구비하고 있으며, 함몰부의 양측에 다수의 회절부재(1710a1~1710an)의 단부가 부착되어 있다.
회절부재(1710a1)는 막대 형상을 하고 있으며 중앙부분이 기판(1701a)의 함몰부에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 기판(1701a)의 함몰부를 벗어난 양측지역에 부착되어 있고, 마이크로 미러층(1715a)이 상부에 적층되어 있으며, 기판(1701a)의 함몰부에 위치한 부분이 상하로 이동가능한 하부지지대(1711a)를 포함한다.
또한, 회절부재(1710a1)는 하부지지대(1711a)에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(1712a)와, 하부전극층(1712a)에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(1713a)와, 압전 재료층(1713a)에 적층되어 있으며 압전재료층(1713a)에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(1714a)와, 상부전극층(1714a)에 적층되어 있으며 입사되는 빔을 반사하여 회절시키기 위한 마이크로 미러층(1715a)을 포함하고 있다.
도 17b는 도 13, 도 14a, 도 15, 도 16a에 사용되는 압전 박막 마이크로 미러 어레이의 다른 실시예에 따른 사시도이다.
도 17b는 다른 실시예에 따른 압전 박막 마이크로 미러 어레이를 도시한 도면으로 도면을 참조하면, 일실시예와 다른점은 다른 실시예는 양측에 압전층이 존재하는 것이다.
도면을 참조하면, 압전 박막 마이크로 미러 어레이는 실리콘 기판(1701b)과 다수의 회절부재(1710b1~1710bn)로 이루어져 있다.
실리콘 기판(1701b)은 회절부재(1710b1~1710bn)에 이격 공간를 제공하기 위하여 함몰부를 구비하고 있으며, 함몰부의 양측에 다수의 회절부재(1710b1~1710bn)의 단부가 부착되어 있다.
회절부재(1710b1)는 막대 형상을 하고 있으며 중앙부분이 기판(1701b)의 함몰부에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 기판(1701b)의 함몰부를 벗어난 양측지역에 부착되어 있고, 기판(1701b)의 함몰부에 위치한 부분이 상하로 이동가능한 하부지지대(1711b)를 포함한다.
또한, 회절부재(1710b1)는 하부지지대(1711b)의 좌측단에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(1712b)과, 하부전극층(1712b)에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(1713b)와, 압전 재료층(1713b)에 적층되어 있으며 압전재료층(1713b)에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(1714b)을 포함하고 있다.
또한, 회절부재(1710b1)는 하부지지대(1711b)의 우측단에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(1712b')과, 하부전극층(1712b')에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(1713b')과, 압전 재료층(1713b')에 적층되어 있으며 압전재료층(1713b')에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(1714b')을 포함하고 있다.
도 17c는 도 13, 도 14a, 도 15, 도 16a에 사용되는 압전 박막 마이크로 미러 어레이의 또 다른 실시예에 따른 사시도이다.
도 17c는 또 다른 실시예에 따른 압전 박막 마이크로 미러 어레이를 도시한 도면으로 도면을 참조하면, 일실시예 그리고 다른 실시예와 다른점은 또 다른 실시예는 중앙 부분에 압전층이 존재한다는 점이다.
실리콘 기판(1701c)과 다수의 회절부재(1710c1~1710cn)로 이루어져 있다. 기판(1701c)은 회절부재(1710c1~1710cn)에 이격 공간를 제공하기 위하여 함몰부를 구비하고 있으며, 함몰부의 양측에 회절부재(1710c1~1710cn)의 단부가 부착되어 있다.
회절부재(1710c1)는 막대 형상을 하고 있으며 중앙부분이 기판(1701c)의 함몰부에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 기판(1701c)의 함몰부를 벗어난 양측지역에 부착되어 있고, 마이크로 미러층(1715c)가 함몰부의 상부(함몰부를 벗어난 부분은 에칭되어 제거되었다)에 적층되어 있으며, 기판(1701c)의 함몰부에 위치한 부분이 상하로 이동가능한 하부지지대(1711c)를 포함한다.
또한, 회절부재(1710c1)는 함몰부의 상부(함몰부를 벗어난 부분은 에칭되어 제거되었다)의 하부지지대(1711c)에 적층되어 있는 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(1712c)와, 하부전극층(1712c)에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(1713c)과, 압전 재료층(1713c)에 적층되어 있으며 압전재료층(1713c)에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(1714c)과, 상부전극층(1714c)에 적층되어 있으며 입사되는 빔을 반사하여 회절시키기 위한 마이크로 미러층(1715c)을 포함하고 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 기판에 요홈이 형성되어 있는 함몰형 압전 박막 마이크로 미러에 대하여 설명하였지만 기판에 요홈이 없는 상태에서 박막 마이크로 미러의 중앙 부분이 기판의 상면으로부터 소정 거리 이격되어 공간을 확보하고 있는 돌출형 박막 압전 마이크로 미러의 경우에도 가능하다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 상부 반사판의 폭이 빈공간의 폭보다 넓으면 공정시 빈공간의 폭에 대한 공차(tolerance)가 많아지며 공정에 의한 빈공간 말단 부분의 반사면이 거칠더라도 광변조기의 동박 성능에 영향을 미치지 않는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른면 마이크로 미러 사이의 빈공간에 의한 회절 효율의 저하가 없도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상부 반사판의 격자 주기는 매우 작게 만들 수 있으며 따라서 1개의 픽셀에 여러개의 서브 픽셀을 넣어 줄 수 있음으로 픽셀 이미지 대비를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 하나의 마이크로 미러로 한 픽셀을 구성하기 때문에 종래의 방식에 비하여 픽셀 내에서 더 나아가서는 픽셀 간의 빔 균일성이 종래의 방식에 비하여 개선될 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 가변 격자형 회절 광변조기를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 평평한 판형으로 입사되는 빛을 투과하는 광투명판;
    판형 막대 형상을 하고 있으며, 상기 광투명판의 하부에 각각 부착되어 있고, 상기 광투명판 하부와 접촉되는 부분에 각각 제1 반사면을 가지고 있으며 일렬로 배열되어 있는 복수개의 제1 반사판;
    판형 막대 형상으로, 상기 제1 반사판과 간격을 두고 아래쪽에 떨어져 있고, 상측에서 입사되는 입사광을 반사하는 제2 반사면을 각각 가지고 있으며, 일렬로 배열되어 있는 복수개의 제2 반사판; 및
    구동체 하부 지지 기판을 구비하여, 상기 구동체 하부 지지 기판이 상기 광투명판을 지지하고 있으며, 상기 구동체 하부 지지 기판과 상기 제2 반사판 사이에 압전 재료층을 구비하여 상기 압전 재료층이 상기 제2 반사판을 지지하고 있으며, 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면이 평면거울이 되도록 하는 제1 위치와 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면이 입사되는 입사광을 회절시키는 제2 위치 사이를 상기 제2 반사판이 이동하도록 상기 압전재료층을 사용하여 상기 제2 반사판을 움직이는 다수의 구동체를 포함하여 이루어진 가변 격자형 회절 광변조기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동체는,
    구동체 하부 지지 기판;
    상기 구동체 하부 지지 기판의 상면에 돌기되어 있으며, 후막의 압전재료로 형성되어 있고 인가되는 전압에 의해 수축팽창되는 압전재료층;
    상기 압전재료층의 상면에 각각 형성되며, 상기 압전재료층에 전압을 제공하며, 상면이 상기 제2 반사판의 하면에 부착되어 있는 상부전극; 및
    상기 압전재료층의 하면에 상기 해당 상부전극과 마주하여 위치하도록 형성되는 하부전극을 포함하여 이루어진 가변 격자형 회절 광변조기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동체는,
    구동체 하부 지지 기판;
    리본 형상으로 상기 구동체 하부 지지 기판에 중앙 부분이 소정 간격으로 이격되어 있고 양끝단이 상기 구동체 하부 지지 기판에 부착되어 있는 하부 전극층;
    상기 하부 전극층에 적층되어 있는 박막의 압전재료로서 인가되는 전압에 따라 수축 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전재료층; 및
    상기 압전재료층의 상부에 적층되어 있고, 상면에 상기 제2 반사판에 부착되어 있으며, 상기 압전재료층에 전압을 제공하기 위한 상부 전극층을 포함하여 이루어진 가변 격자형 회절 광변조기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 반사판과 상기 제2 반사판이 평행한 것을 특징으로 하는 가변 격자형 회절 광변조기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 반사판과 상기 제2 반사판이 교차된 것을 특징으로 하는 가변 격자형 회절 광변조기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 광투명판은 상기 제1 반사판의 비부착부가 상기 제2 반사판 위에 위치하도록 배치된 것을 특징으로 하는 가변 격자형 회절 광변조기.
KR1020050000909A 2004-06-03 2005-01-05 가변 격자형 회절 광변조기 KR100815359B1 (ko)

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