KR100832646B1 - Open-hole based diffractive optical modulator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 회절 광변조기에 관한 것으로서, 특히 기반 부재에 하부반사부를 형성하고 기반 부재로부터 이격되어 위치한 상부 마이크로 미러에 오픈 홀을 구비하여 한개의 리본 형상의 상부 마이크로 미러를 가진 엘리멘트로 1픽셀을 구현할 수 있는 오픈홀 기반의 회절 광변조기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diffractive light modulator, and more particularly, to form one pixel with an element having one ribbon-shaped upper micromirror by forming a lower reflector in the base member and having an open hole in the upper micromirror positioned away from the base member. The present invention relates to an open hole-based diffractive light modulator.
광변조기, 회절, 마이크로 미러, 마이크로 미러 어레이, 오픈홀 Light Modulator, Diffraction, Micro Mirror, Micro Mirror Array, Open Hole
Description
도 1은 종래 기술의 정전기 방식 격자 광 변조기를 도시하는 도면.1 illustrates a prior art electrostatic grating light modulator.
도 2는 종래 기술의 정전기 방식 격자 광 변조기가 변형되지 않는 상태에서 입사광을 반사시키는 것을 도시하는 도면.2 is a diagram illustrating reflecting incident light in a state where the electrostatic grating light modulator of the prior art is not deformed.
도 3은 종래 기술의 격자 광 변조기가 정전기력에 의해 변형된 상태에서 입사광을 회절시키는 것을 도시하는 도면.3 shows a diffraction of incident light in a state in which a prior art grating light modulator is deformed by electrostatic force.
도 4는 종래 기술에 압전 재료를 가지고 있는 함몰부를 가진 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 측면도.4 is a side view of a diffractive thin film piezoelectric micromirror with depressions having a piezoelectric material in the prior art;
도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 부분절단 사시도.5A is a partially cutaway perspective view of an open hole-based diffractive optical modulator according to a first embodiment of the present invention;
도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 부분 절단 사시도.5B is a fragmentary perspective view of an open hole-based diffractive optical modulator according to a second embodiment of the present invention;
도 5c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 부분 절단 사시도.5C is a fragmentary perspective view of an open hole-based diffractive optical modulator according to a third embodiment of the present invention;
도 5d는 본 발명의 제4 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 부분 절단 사시도.5D is a partially cutaway perspective view of an open hole-based diffractive light modulator according to a fourth embodiment of the present invention.
도 5e는 본 발명의 제5 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 부분 절단 사시도.5E is a fragmentary perspective view of an open hole-based diffractive optical modulator according to a fifth embodiment of the present invention;
도 5f는 본 발명이 제6 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 부분 절단 사시도.5F is a fragmentary perspective view of an open hole-based diffractive optical modulator according to a sixth embodiment of the present invention;
도 5g는 본 발명의 제7 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 부분 절단 사시도.5G is a partially cutaway perspective view of an open hole-based diffractive light modulator according to a seventh embodiment of the present invention;
도 5h는 본 발명의 제8 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 부분 절단 사시도.5H is a partially cutaway perspective view of an open hole-based diffractive optical modulator according to an eighth embodiment of the present invention;
도 5i는 본 발명의 제9 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 부분 절단 사시도.FIG. 5I is a partial cutaway perspective view of an open hole-based diffractive optical modulator according to a ninth embodiment of the present invention; FIG.
도 5j는 본 발명의 제10 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 부분 절단 사시도.5J is a fragmentary perspective view of an open hole-based diffractive optical modulator according to a tenth embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트 1D 어레이 구조를 나타내는 도면.FIG. 6 is a diagram illustrating an element 1D array structure of an open hole-based diffractive optical modulator according to a first embodiment of the present invention. FIG.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트 2D 어레이 구조를 나타내는 도면.FIG. 7 is a diagram illustrating an element 2D array structure of an open hole-based diffractive optical modulator according to a seventh embodiment of the present invention. FIG.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기를 이용한 디스플레이 시스템의 구성도.8 is a block diagram of a display system using an open hole-based diffractive light modulator according to an embodiment of the present invention.
도 9a은 본 발명의 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트 1D 어레이의 상부 마이크로 미러에 입사광이 비스듬히 조명된 경우를 예시한 사시도이고, 도 9b은 본 발명의 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트 1D 어레이의 상부 마이크로 미러에 입사광이 수직으로 입사된 경우를 예시한 사시도.9A is a perspective view illustrating a case in which incident light is obliquely illuminated on an upper micro mirror of an element 1D array of an open hole-based diffractive light modulator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9B is an open hole according to an embodiment of the present invention. Perspective illustrating the case where incident light is incident vertically on the upper micromirror of the element 1D array of the diffraction light modulator based.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
501a~501j : 기반 부재 502a, 502b, 502d~502j : 절연층501a to 501j:
503a~503h, 510i, 510j : 하부 반사부 503a to 503h, 510i, and 510j: bottom reflector
510a~510f : 엘리멘트 510g~510j : 상부 마이크로 미러 510a ~ 510f:
530a~530f : 상부 마이크로 미러530a ~ 530f: upper micro mirror
531a1~531a3, 531b1~531b3, 531c1~531c3, 531d1, 531d2, 531e1~531e3, 531f1, 531f2, 511g1~511g3, 511h1, 511h2, 531i1~531i3, 531j1, 531j2 : 오픈홀531a1 ~ 531a3, 531b1 ~ 531b3, 531c1 ~ 531c3, 531d1, 531d2, 531e1 ~ 531e3, 531f1, 531f2, 511g1 ~ 511g3, 511h1, 511h2, 531i1 ~ 531i3, 531j1, 531j2: Open Hole
540a~540f : 상부 반사부 802 : 디스플레이 광학계540a to 540f: upper reflector 802: display optical system
804 : 디스플레이 전자계 806 : 광원804: display electromagnetic field 806: light source
808 : 조명 광학계 810 : 오픈홀 기반의 회절광변조기808: illumination optical system 810: open hole-based diffraction light modulator
812 : 필터링 광학부 816 : 투영 및 스캐닝 광학부812: filtering optics 816: projection and scanning optics
본 발명은 회절 광변조기에 관한 것으로서, 특히 기반부재에 하부반사부를 형성하고 기반부재로부터 이격되어 위치한 상부 마이크로 미러에 오픈 홀을 구비하여 한개의 리본형상의 상부 마이크로 미러를 가진 엘리멘트로 1픽셀을 구현할 수 있는 오픈홀 기반의 회절 광변조기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
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. In general, optical signal processing has advantages of high speed, parallel processing capability, and large-capacity information processing, unlike conventional digital information processing, which cannot process a large amount of data and real-time processing, and design a binary phase filter using spatial light modulation theory. Research on fabrication, optical logic gates, optical amplifiers, image processing techniques, optical devices, optical modulators, etc.
이중 공간 광변조기는 광메모리, 광디스플레이, 프린터, 광인터커넥션, 홀로그램 등의 분야에 사용되며, 이를 이용한 표시장치의 개발 연구가 진행되고 있다.The dual spatial optical modulator is used in the fields of optical memory, optical display, printer, optical interconnection, hologram, and the like, and research on the development of a display device using the same is underway.
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 복수의 일정하게 이격하는 변형 가능 반사형 리본(18)을 포함한다. 절연층(11)이 실리콘 기판(16)상에 증착된다. 다음으로, 희생 이산화실리콘 막(12) 및 저응력 질화실리콘 막(14)의 증착이 후속한다. Such a spatial light modulator is, for example, a reflective deformable
질화물 막(14)은 리본(18)으로부터 패터닝되고 이산화실리콘층(12)의 일부가 에칭되어 리본(18)이 질화물 프레임(20)에 의해 산화물 스페이서층(12)상에 유지되 도록 한다. The
단일 파장 λ0를 가진 광을 변조시키기 위해, 변조기는 리본(18)의 두께와 산화물 스페이서(12)의 두께가 λ0/4가 되도록 설계된다.In order to modulate light having a single wavelength λ 0, the modulator is designed thick with a thickness of the
리본(18)상의 반사 표면(22)과 기판(16)의 반사 표면 사이의 수직 거리 d로 한정된 이러한 변조기(10)의 격자 진폭은 리본(18)(제 1 전극으로서의 역할을 하는 리본(16)의 반사 표면(22))과 기판(16)(제 2 전극으로서의 역할을 하는 기판(16) 하부의 전도막(24)) 사이에 전압을 인가함으로써 제어된다. The lattice amplitude of this
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. In the undeformed condition, that is, while no voltage is not applied, the grating amplitude is λ 0 / equal to 2, the car full path between reflected from the ribbons and the substrate the light like a λ 0, the reinforcing phase such reflected light Let's do it.
따라서, 변형되지 않은 상태에서, 변조기(10)는 평면거울로서 광을 반사한다. 변형되지 않은 상태가 입사광과 반사광을 도시하는 도 2에 20으로서 표시된다. Thus, in the undeformed state, the
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. When a proper voltage is applied between the
이러한 간섭의 결과, 변조기는 입사광(26)을 회절시킨다. 변형된 상태가 +/- 회절모드(D+1, D-1)로 회절된 광을 도시하는 도 3에 각각 28과 30으로 표시된 다.As a result of this interference, the modulator diffracts
그러나, 블룸의 광변조기는 마이크로 미러의 위치 제어를 위해서 정전기 방식을 이용하는데, 이의 경우 동작 전압이 비교적 높으며(보통 30V 내외) 인가전압과 변위의 관계가 선형적이지 않은 등의 단점이 있어 결과적으로 광을 조절하는데 신뢰성이 높지 않는 단점이 있다.However, BLUM's optical modulator uses an electrostatic method to control the position of the micromirror, in which case the operating voltage is relatively high (usually around 30V) and the relationship between applied voltage and displacement is not linear. There is a disadvantage that the reliability is not high in controlling the light.
이러한 문제점을 해결하기 위한 국내 특허출원번호 제 P2003-077389호에는 "박막 압전 광변조기 및 그 제조방법"이 개시되어 있다.In order to solve this problem, Korean Patent Application No. P2003-077389 discloses a "thin film piezoelectric optical modulator and its manufacturing method."
도 4는 종래 기술에 따른 함몰형 박막 압전 광변조기의 절단면도이다. 4 is a cross-sectional view of a recessed thin film piezoelectric optical modulator according to the related art.
도면을 참조하면, 종래 기술에 따른 함몰형 박막 압전 광변조기는 실리콘 기판(401)과, 엘리멘트(410)를 구비하고 있다.Referring to the drawings, the recessed thin film piezoelectric optical modulator according to the related art includes a
여기에서, 엘리멘트(410)는 일정한 폭을 가지며 복수개가 일정하게 정렬하여 함몰형 박막 압전 광변조기를 구성한다. 또한, 이러한 엘리멘트(410)는 서로 다른 폭을 가지며 교번하여 정렬하여 함몰형 박막 압전 광변조기를 구성한다. 또한, 이러한 엘리멘트(410)는 일정간격(거의 엘리멘트(410)의 폭과 같은 거리)을 두고 이격되어 위치할 수 있으며 이 경우에 실리콘 기판(401)의 상면의 전부에 형성된 마이크로 미러층이 입사된 빛을 반사하여 회절시킨다. Here, the
실리콘 기판(401)은 엘리멘트(410)에 에어 스페이스를 제공하기 위하여 함몰부를 구비하고 있으며, 절연층(402)이 상부 표면에 증착되어 있고, 함몰부의 양측에 엘리멘트(410)의 단부가 부착되어 있다.The
엘리멘트(410)는 막대 형상을 하고 있으며 중앙부분이 실리콘 기판(401)의 함몰부에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 실리콘 기판(401)의 함몰부를 벗어난 양측지역에 부착되어 있고, 실리콘 기판(401)의 함몰부에 위치한 부분이 상하로 이동가능한 하부지지대(411)를 포함한다.The
또한, 엘리멘트(410)는 하부지지대(411)의 좌측단에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(412)와, 하부전극층(412)에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(413)와, 압전 재료층(413)에 적층되어 있으며 압전재료층(413)에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(414)을 포함하고 있다.In addition, the
또한, 엘리멘트(410)는 하부지지대(411)의 우측단에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(412')과, 하부전극층(412')에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(413')과, 압전 재료층(413')에 적층되어 있으며 압전재료층(413')에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(414')을 포함하고 있다.In addition, the
그리고, 국내 특허출원번호 제 P2003-077389호에는 위에서 설명한 함몰형외에서 돌출형에 대하여 상세하게 설명하고 있다.In addition, Korean Patent Application No. P2003-077389 describes the protruding type in addition to the depression type described above.
한편, 블룸, 삼성전기 등의 특허에서 기술한 종류의 광변조기는 이미지를 디스플레이하기 위한 소자로서 이용될 수 있다. 그리고, 이때 최소 인접한 2개의 엘리멘트가 하나의 화소를 형성할 수 있다. 물론, 3개를 하나의 픽셀로 하거나, 4개를 하나의 픽셀로 하거나, 6개를 하나의 픽셀로 할 수도 있다. On the other hand, the optical modulator of the type described in the patent of Bloom, Samsung Electro-Mechanics, etc. can be used as an element for displaying an image. In this case, at least two adjacent elements may form one pixel. Of course, three may be one pixel, four may be one pixel, or six may be one pixel.
그러나, 블룸, 삼성전기 등의 특허에서 기술한 종류의 광변조기는 소형화를 달성하는데 일정한 한계를 가지고 있다. 즉, 광변조기의 엘리멘트의 폭은 아무리 작게 하여도 3um 이하로 할 수 없으며, 엘리멘트와 엘리멘트의 간격은 0.5um이하로 작게할 수 없는 한계가 있다.However, optical modulators of the kind described in the patents of Bloom, Samsung Electro-Mechanics, etc. have certain limitations in achieving miniaturization. That is, no matter how small the width of the element of the optical modulator can be less than 3um, there is a limit that the distance between the element and the element can not be smaller than 0.5um.
그리고, 이러한 엘리멘트를 이용한 회절화소 구성에는 최소 2개 이상의 엘리멘트가 필요하기에 소자의 소형화에는 한계가 있다.In addition, since at least two or more elements are required to construct a diffractive pixel using such elements, there is a limit in miniaturization of the device.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 최소 1개의 리본 엘리멘트를 사용하여 1픽셀을 구성할 수 있도록 하여 제품의 소형화가 가능한 회절 광변조기를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a diffractive light modulator capable of miniaturizing a product by making one pixel using at least one ribbon element.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기반 부재; 리본 형상을 하고 있으며, 중앙 부분은 상기 기반 부재와 공간을 가지도록 이격되어 위치하며, 양끝단의 하면이 상기 기반 부재에 고정되어 있으며 상면이 반사표면으로 형성되어 입사광을 반사하며, 오픈홀이 형성되어 입사광을 통과시키도록 구성된 상부 반사부; 상기 기반 부재의 상측에 위치하고, 상기 상부 반사부의 하측에 공간을 가지도록 이격되어 위치하며 상기 오픈홀을 통과하여 입사되는 광을 반사시키는 반사표면을 가지고 있는 하부 반사부; 및 상기 상부 반사부의 중앙부분을 상하로 움직여 상기 상부 반사부와 상기 하부 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 광양을 변화시키 는 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the base member; It has a ribbon shape, and the center portion is spaced apart from the base member to have a space. The bottom surfaces of both ends are fixed to the base member, and the top surface is formed of a reflective surface to reflect incident light, and an open hole is formed. An upper reflector configured to pass incident light; A lower reflector positioned above the base member and spaced apart from each other to have a space below the upper reflector, and having a reflective surface reflecting light incident through the open hole; And driving means for moving the center of the upper reflector up and down to change the amount of diffracted light formed by the reflected light of the upper reflector and the lower reflector.
또한, 본 발명은, 기반 부재; 리본 형상을 하고 있으며, 중앙 부분은 상기 기반 부재와 공간을 가지도록 이격되어 위치하며, 양끝단의 하면이 상기 기반 부재에 고정되어 있으며 상면이 반사표면으로 형성되어 입사광을 반사하며, 오픈홀이 형성되어 입사광을 통과시키도록 구성되며, 서로 나란히 배열되어 어레이를 형성하는 복수의 상부 반사부; 상기 기반 부재의 상측에 위치하고, 상기 상부 반사부의 하측에 공간을 가지도록 이격되어 위치하며 상기 오픈홀을 통과하여 입사되는 광을 반사시키는 반사표면을 가지고 있는 하부 반사부; 및 해당하는 상기 상부 반사부의 중앙부분을 상하로 움직여 상기 상부 반사부와 상기 하부 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 광양을 변화시키는 복수의 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention, the base member; It has a ribbon shape, and the center portion is spaced apart from the base member to have a space. The bottom surfaces of both ends are fixed to the base member, and the top surface is formed of a reflective surface to reflect incident light, and an open hole is formed. A plurality of upper reflectors configured to pass incident light and arranged in parallel with each other to form an array; A lower reflector positioned above the base member and spaced apart from each other to have a space below the upper reflector, and having a reflective surface reflecting light incident through the open hole; And a plurality of driving means for moving a corresponding central portion of the upper reflector up and down to change the amount of diffracted light formed by the reflected light of the upper reflector and the lower reflector.
또한, 본 발명은 함몰부가 형성되어 있는 기반 부재; 리본 형상으로 양끝단이 상기 기반 부재의 함몰부를 벗어난 지역에 부착되어 함몰부를 가로지르고 있으며, 오픈홀을 구비하여 입사광을 통과시키며, 상면이 반사표면으로 형성되어 입사광을 반사시키는 상부 반사부; 리본 형상으로 상기 기반 부재에 형성된 함몰부의 측벽에 양끝단이 고정되어 상기 상부 반사부와 평행하게 그리고 이격되어 위치하며 중앙 부분이 상하 이동 가능하고, 오픈홀을 통과하여 입사되는 광을 반사시키는 하부 반사부; 및 상기 하부 반사부를 상하 움직여 상기 상부 반사부와 상기 하부 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 양을 변화시키는 구동수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a base member formed with a depression; An upper reflector having a ribbon shape at both ends, which is attached to an area outside the depression of the base member, intersects the depression, and has an open hole to allow incident light to pass, and an upper surface formed as a reflective surface to reflect incident light; Both ends are fixed to the side wall of the depression formed in the base member in a ribbon shape, and are positioned parallel and spaced apart from the upper reflection part, and the center part is movable up and down, and the lower reflection reflects light incident through the open hole. part; And driving means for moving the lower reflector up and down to change the amount of diffracted light formed by the reflected light of the upper reflector and the lower reflector.
또한, 본 발명은, 함몰부가 형성되어 있는 기반 부재; 리본 형상으로 양끝단이 상기 기반 부재의 함몰부를 벗어난 지역에 부착되어 함몰부를 가로지르고 있으며, 오픈홀을 구비하여 입사광을 통과시키며, 상면이 반사표면으로 형성되어 입사광을 반사시키며, 서로 나란히 배열되어 어레이를 형성하는 복수의 상부 반사부; 리본 형상으로 상기 기반 부재에 형성된 함몰부의 측벽에 양끝단이 고정되어 해당하는 상기 상부 반사부와 평행하게 그리고 이격되어 위치하며 중앙 부분이 상하 이동 가능하고, 오픈홀을 통과하여 입사되는 광을 반사시키며, 서로 나란히 배열되어 어레이를 형성하는 하부 반사부; 및 해당하는 상기 하부 반사부를 상하 움직여 상기 상부 반사부와 상기 하부 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 양을 변화시키는 복수의 구동수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention, the base member is formed with a depression; Both ends are attached to the area beyond the depression of the base member in a ribbon shape and intersect the depression, and have an open hole to pass incident light, and the upper surface is formed as a reflective surface to reflect the incident light, and are arranged side by side. A plurality of upper reflector to form a; Both ends are fixed to the side wall of the depression formed in the base member in a ribbon shape, and are positioned parallel and spaced apart from the corresponding upper reflecting portion, and the center portion is movable up and down, reflecting the light incident through the open hole. A lower reflector arranged side by side to form an array; And a plurality of driving means for moving the lower reflector up and down to change the amount of diffracted light formed by the reflected light of the upper reflector and the lower reflector.
또한, 본 발명은, 광을 출사하는 광원; 기반 부재와, 리본 형상으로 중앙 부분이 공간을 형성하도록 상기 기반 부재에 양끝단이 고정되어 있으며 오픈홀이 구비하여 광을 통과하고 반사표면을 가지고 있어 입사광을 반사하며 서로 나란히 배열되어 어레이를 형성하는 복수의 상부 반사부와, 상기 기반 부재의 상측에 위치하고, 상기 상부 반사부의 하측에 공간을 가지도록 이격되어 위치하며 상기 오픈홀을 통과하여 입사되는 광을 반사시키는 반사표면을 가지고 있는 하부 반사부 및 해당하는 상기 상부 반사부의 중앙부분을 상하로 움직여 상기 상부 반사부와 상기 하부 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 광양을 변화시키는 복수의 구동 수단을 포함하여 입사광을 변조하여 회절광을 생성하는 오픈홀 기반의 회절 광변조기; 상기 광원으로부터 입사된 광을 상기 오픈홀 기반의 회절 광변조기에 광을 조사시키는 조명 광학부; 상기 오픈홀 기반의 회절 광변조기에서 변조된 회절광에서 원하는 차수회절광을 선택하여 통과시키는 필터링 광학부; 및 상기 필터링 광학부를 통과한 회절광을 스크린에 스캐닝을 수행하는 투영 및 스캐닝 광학부를 포함하여 이루어진 오픈홀 기반의 회절 광변조기를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.In addition, the present invention, the light source for emitting light; Both ends of the base member and the base member are fixed to the base member so as to form a space in a ribbon shape, and an open hole is provided to pass the light and has a reflective surface to reflect the incident light and be arranged side by side to form an array. A lower reflector having a plurality of upper reflectors and a reflecting surface positioned above the base member and spaced apart to have a space below the upper reflector and reflecting light incident through the open hole; An open hole base for modulating incident light to generate diffracted light including a plurality of driving means for moving the center of the upper reflecting part up and down to change the amount of diffracted light formed by the reflected light of the upper reflecting part and the lower reflecting part; Diffraction light modulator; An illumination optical unit irradiating light incident from the light source to the open hole-based diffraction light modulator; A filtering optical unit for selecting and passing a desired diffraction light from the diffracted light modulated by the open hole-based diffractive light modulator; And a projection and scanning optical unit for scanning the diffracted light passing through the filtering optical unit to the screen, and a display device using an open hole-based diffractive light modulator.
또한, 본 발명은, 기판; 상기 기판의 상부에 적층되는 절연층; 상기 절연층의 양끝에 형성되며, 상부로 돌출되어 있는 희생층; 상기 절연층의 상부에 위치하며, 희생층 사이에 형성되어 입사광을 반사하는 반사표면을 가진 하부 반사부; 상기 희생층의 상부에 가로질러 걸쳐있고 오픈홀이 형성된 하부지지대; 상기 하부지지대의 중앙부분에 적층되고 상측은 반사표면으로 형성되어 입사광을 반사시키고, 상기 오픈홀에 대응되게 오픈홀이 형성되어 입사광을 통과시킬수 있는 상부 마이크로미러; 상기 하부지지대의 양측끝에 위치하고 압전재료층을 구비하여 전압이 인가되면 상기 압전재료층의 수축,팽창에 의해 상기 하부지지대의 중앙부분을 상하로 움직여 상기 상부 마이크로미러와 상기 하부 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 광양을 변화시키는 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention, a substrate; An insulation layer stacked on the substrate; Sacrificial layers formed at both ends of the insulating layer and protruding upward; A lower reflector positioned on the insulating layer and having a reflective surface formed between the sacrificial layers to reflect incident light; A lower support spanning the upper portion of the sacrificial layer and having an open hole; An upper micromirror stacked on a center portion of the lower supporter, the upper side being formed with a reflective surface to reflect incident light, and having an open hole corresponding to the open hole to allow incident light to pass therethrough; Located at both ends of the lower support and provided with a piezoelectric material layer, when a voltage is applied, the center portion of the lower support is moved up and down by contraction and expansion of the piezoelectric material layer to form reflected light of the upper micromirror and the lower reflector. And driving means for changing the amount of diffracted light.
이하, 도 5a 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 5A.
도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 일부분을 절단한 사시도이다.5A is a perspective view of a portion of an open hole-based diffractive light modulator according to a first embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조 기는 기반 부재(501a)와, 절연층(502a), 하부 반사부(503a)와, 엘리멘트(510a)로 구성되어 있다. 여기에서, 절연층과 하부 반사부를 별개의 층으로 구성하였지만 절연층에 광을 반사하는 성질이 있다면 절연층 자체가 하부 반사부로서 기능하도록 할 수 있다. 또한, 여기에서는 기반 부재(501a)의 표면에 절연층(502a)을 형성하였지만 이러한 절연층이 반드시 필요한 것이 아니며 절연층(502a)을 형성하지 않고 바로 하부 반사부(503a)를 형성할 수 있다.Referring to the drawings, the open-hole-based diffractive light modulator according to the first embodiment of the present invention includes a
기반부재(501a)는 엘리멘트(510a)에 에어 스페이스를 제공하기 위하여 함몰부를 구비하고 있으며, 절연층(502a)이 적층되어 있고, 하부 반사부(503a)가 상부에 증착되어 있으며, 함몰부를 벗어난 양측에 엘리멘트(510a)의 하면이 부착되어 있다. 기반부재(501a)로는 실리콘 기판이 사용될 수 있으며 구성하는 물질로는 Si, Al2O3, ZrO2, Quartz, SiO2 등의 단일물질이 사용되며, 바닥면과 위층(도면에서 점선으로 표시됨)을 다른 이종의 물질을 사용하여 형성할 수도 있다. 그리고, 기반 부재(501a)는 유리 기판 등도 사용가능하다. The
하부 반사부(503a)는 기반 부재(501a)의 상부에 형성되어 있으며, 입사하는 빛을 반사한다. 하부 반사부(503a)는 마이크로 미러가 사용될 수 있으며 사용되는 물질로는 메탈(Al, Pt, Cr, Ag 등)이 사용될 수 있다. The
엘리멘트(510a)는 리본 형상을 하고 있으며 중앙부분이 기반 부재(501a)의 함몰부에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 기반 부재(501a)의 함몰부를 벗어난 양측지역에 부착되어 있는 하부 지지대(511a)를 구비하고 있다. 여기에서, 하부 지지대(511a)라는 명칭은 압전층(520a, 520a')의 하부에 위치하기 때문에 붙여진 이름이다.The
하부 지지대(511a)의 양측면에는 압전층(520a, 520a')이 구비되어 있으며, 구비된 압전층(520a, 520a')의 수축 팽창에 의해 엘리멘트(510a)의 구동력이 제공된다.
하부 지지대(511a)를 구성하는 물질로는 Si 산화물(일예로 SiO2 등), Si 질화물 계열(일예로 Si3N4 등), 세라믹 기판(Si, ZrO2, Al2O3 등), Si 카바이드 등이 될 수 있다.Examples of the material constituting the
그리고, 좌우측의 압전층(520a, 520a')은 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(521a, 521a')과, 하부전극층(521a, 521a')에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(522a, 522a')과, 압전 재료층(522a, 522a')에 적층되어 있으며 압전재료층(522a, 522a')에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(523a, 523a')을 구비하고 있다. 상부 전극층(523a, 523a')과 하부 전극층(521a, 521a')에 전압이 인가되면 압전재료층(522a, 522a')은 수축 팽창을 하여 하부 지지대(511a)의 상하 운동을 발생시킨다.The left and right
전극(521a, 521a', 523a, 523a')의 전극재료로는 Pt, Ta/Pt, Ni, Au, Al, Ti/Pt, IrO2, RuO2 등이 사용될 수 있으며, 0.01~3㎛ 범위에서 sputter 또는 evaporation 등의 방법으로 증착한다.Pt, Ta / Pt, Ni, Au, Al, Ti / Pt, IrO 2 , RuO 2, etc. may be used as the electrode material of the
한편, 하부 지지대(511a)의 중앙 부분에는 상부 마이크로 미러(530a)가 증착 되어 있으며 복수의 오픈홀(531a1~531a3)을 구비하고 있다. 여기에서 오픈홀(531a1~531a3)의 모양은 직사각형이 바람직하지만 원형, 타원형 등 어떤 폐곡선의 형상도 가능하다. 그리고, 하부 지지대(511a)와 상부 마이크로 미러(530a)를 포함하여 상부 반사부(540a)라고 부를 수 있다. 여기에서 하부 지지대를 광반사성 물질로 형성한다면 별도로 상부 마이크로 미러를 구비할 필요가 없이 하부 지지대만으로도 상부 반사부(540a)로 기능하도록 형성할 수 있다. On the other hand, the upper
이러한 오픈홀(531a1~531a3)은 엘리멘트(510a)에 입사되는 입사광이 관통하여 오픈홀(531a1~531a3)이 형성된 부분에 대응하는 하부 반사부(503a)에 입사광이 입사되도록 하며, 이렇게 하여 하부 반사부(503a)와 상부 마이크로 미러(530a)가 화소를 형성할 수 있도록 한다.The open holes 531a1 to 531a3 allow incident light incident on the
즉, 일예로 오픈홀(531a1~531a3)이 형성된 상부 마이크로 미러(530a)의 (A) 부분과 하부 반사부(503a)의 (B) 부분이 하나의 화소를 형성할 수 있다.That is, for example, part (A) of the
다시말하면, 상부 마이크로 미러(530a)는 반사표면을 가지고 있어서 입사되는 광을 반사하여 반사광을 형성하고, 오픈홀을 통해서는 입사광을 통과시켜 하부 반사부(503a)로 입사시킨다. 그러면, 하부 반사부(503a)는 입사된 입사광을 반사시켜 반사광을 형성하게 되며, 이처럼 상부 마이크로 미러(530a)에서 반사된 반사광과 하부 반사부(503a)에서 반사된 반사광이 간섭을 일으켜 회절광을 형성하며, 그 회절광의 광양은 상부 마이크로 미러(530a)와 하부 반사부(503a)의 단차에 따라 변하게 된다.In other words, the
이때, 상부 마이크로 미러(530a)의 오픈홀(531a1~531a3)이 형성된 부분을 관 통하여 입사되는 입사광은 하부 반사부(503a)의 해당 부분에 입사할 수 있으며 상부 마이크로 미러(530a)와 하부 반사부(503a)의 간격이 λ/4의 홀수배가 될 때 최대의 회절광을 발생시킨다. 그리고, 여기에서는 하나의 엘리멘트(510a)에 대해서만 도시되어 있지만 본 발명의 오픈홀 기반의 회절 광변조기는 다수의 서로 평행한 엘리멘트에 의해 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 오픈홀 기반의 회절 광변조기는 엘리멘트 어레이로 형성되며, 도 6 및 도 7이 이를 잘 도시하고 있다.At this time, incident light incident through the portion where the open holes 531a1 to 531a3 of the
이러한 본 발명에 따른 엘리멘트 어레이를 이용하면, 종래 기술과 비교하여 적은수의 엘리멘트를 사용하여 원하는 화소의 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. By using the element array according to the present invention, it is possible to implement a display device of a desired pixel using a smaller number of elements than in the prior art.
예를들어, 종래기술에서는 최소 2개의 리본형상 엘리먼트로 1개의 화소를 구현할 수 있다. 그리고, 이러한 종래 기술에서는 1개의 화소를 형성하는 리본형상 엘리멘트가 2개 일때 회절효율이 50%이하이기 때문에, 회절효율을 증가시키기 위해 4개나 6개의 엘리멘트로 1개의 화소를 구성한다. 이처럼, 4개이상의 엘리멘트로 1개의 화소를 구성하게 되면 회절효율이 70%이상이 되어 엘리멘트의 개수를 증가시켜서 원하는 최대 효율을 얻을 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에서는 한개의 엘리멘트(510a)의 상부에 형성된 상부 마이크로 미러(530a)에 오픈홀을 3개(530a1~530a3) 형성하여 입사광을 하부 반사부(503a)로 통과시키면 종래 기술의 6개의 엘리멘트로 1개의 화소를 구성하는 것과 동일한 회절효율을 얻을 수 있다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 상부 마이크로 미러(530a)의 제1 오픈홀(530a1)에 인접한 미러부분이 입사광을 반사하여 종래 기술의 하나의 리본 엘리멘트처럼 동작하며, 제1오픈홀(530a1)의 대응되는 아래쪽의 하부 반사부(503a)가 제1 오픈홀 (530a1)을 통과하여 입사되는 입사광을 반사하여 또 하나의 리본 엘리멘트처럼 동작하며, 상부 마이크로 미러(530a)의 제2 오픈홀(530a2)에 인접한 미러부분이 입사광을 반사하여 종래 기술의 또 하나의 리본 엘리멘트처럼 동작하며, 제2오픈홀(530a2)의 대응되는 아래쪽의 하부 반사부(503a)가 제2 오픈홀(530a2)를 통과하여 입사되는 입사광을 반사하여 또 하나의 리본 엘리멘트처럼 동작하며, 상부 마이크로 미러(530a)의 제3 오픈홀(530a3)에 인접한 미러부분이 입사광을 반사하여 종래 기술의 또 하나의 리본 엘리멘트처럼 동작하며, 제3오픈홀(530a3)의 대응되는 아래쪽의 하부 반사부(503a)가 제3 오픈홀(530a3)를 통과하여 입사되는 입사광을 반사하여 또 하나의 리본 엘리멘트처럼 동작하여, 이와 같이 3개의 오픈홀(530a1~530a3)를 가지고 있는 상부 마이크로 미러(530a)와 하부 반사부(503a)를 이용하면 종래 6개의 리본 엘리멘트를 사용하여 1픽셀을 형성할 때 얻을 수 있는 회절 효율을 1개의 리본 엘리멘트(510a)를 이용하여 얻을 수 있다.For example, in the prior art, one pixel may be implemented with at least two ribbon elements. In the prior art, since the diffraction efficiency is 50% or less when two ribbon elements forming one pixel are two or less, one pixel is composed of four or six elements to increase the diffraction efficiency. As such, when one pixel is formed of four or more elements, the diffraction efficiency is 70% or more, and the number of elements can be increased to obtain a desired maximum efficiency. In the first embodiment of the present invention, when three open holes are formed in the
이러한 회절형 광변조기를 사용하여 일예로서 고화질 디지털 TV 포맷(Dlgital TV HD Format)인 1080 × 1920 을 구현시 1080개의 화소를 수직으로 구성하고 각화소를 1920 광변조시킴으로써 한 프레임(Frame)을 구성한다. 이 때 종래 기술을 사용하여 4개 또는 6개의 구동리본으로 하나의 픽셀을 구성할 경우에 1080개의 화소를 구성하기 위해서는 1080 × 4(또는 6)개의 구동 리본이 필요하나 본발명의 2개 또는3개의 오픈홀이 있는 리본 형상의 엘리멘트를 이용하면 1080 × 1의 리본 엘리멘트만으로 1080개의 화소를 형성할 수 있어 제작이 용이하고 생산성이 증가하며 소형의 크기로 소자를 제작할 수 있다.As an example, when a high definition digital TV format (1080 × 1920) is implemented using such a diffraction type optical modulator, 1080 pixels are vertically configured and each pixel is 1920 optically modulated to configure a frame. . In this case, when one pixel is composed of four or six driving ribbons using the prior art, 1080 x 4 (or 6) driving ribbons are required to configure 1080 pixels, but two or three of the present invention are used. Using ribbon-shaped elements with four open holes, 1080 pixels can be formed using only 1080 × 1 ribbon elements, making it easy to manufacture, increasing productivity, and manufacturing devices with small size.
도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 일부분을 절단한 사시도이다. 5B is a perspective view of a portion of an open hole-based diffractive light modulator according to a second embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기는, 기반 부재(501b)과 하부 반사부(503b)와 엘리멘트(510b)로 구성되어 있다. Referring to the drawings, the open hole-based diffractive light modulator according to the second embodiment of the present invention includes a
여기에서, 하부 반사부(503b)는 제1 실시예와 달리 다수의 하부 반사부 절편(503b1~503b3)으로 이루어져 있으며, 다수의 하부 반사부 절편(503b1~503b3)은 상부 마이크로 미러(530b)의 오픈홀(531a1~531a3)의 대응되는 절연층(502a)의 표면에 서로 분리되어 형성되어 있다. 그 외 구조는 도 5a와 동일하다.Here, unlike the first embodiment, the
도 5c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 일부분을 절단한 사시도이다.5C is a perspective view of a portion of an open hole-based diffractive light modulator according to a third exemplary embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기는, 산소 주입 분리법에 의한 절연층 매몰 실리콘 기판(SIMOX SOI; Separation by IMplanted OXygen Silicon-On-Insulator, 이하 줄여서 "절연층 매몰 실리콘 기판"이라고 한다)로 이루어진 기반 부재(501c)와, 하부 반사부(503c), 엘리멘트(510c)로 구성되어 있다.Referring to the drawings, the open-hole-based diffractive optical modulator according to the third embodiment of the present invention is an insulating layer buried silicon substrate (SIMOX SOI; Separation by IMplanted OXygen Silicon-On-Insulator, hereinafter abbreviated " A
그리고, 본 발명의 제3 실시예가 도 5a의 제1 실시예와 다른점은 기반 부재(501c)로 실리콘 기판을 사용하는 것이 아니라 절연층 매몰 실리콘 기판이 사용된다는 점이다. 그 제조 과정에 대해서는 잘 알려져 있기 때문에 여기에서 자세한 설명은 생략한다.In addition, the third embodiment of the present invention differs from the first embodiment of FIG. 5A in that an insulating layer embedded silicon substrate is used instead of a silicon substrate as the
본 발명에 사용되는 절연층 매몰 실리콘 기판의 기반부재(501c)는 실리콘 기 판(501c1)과, 실리콘 기판에 산소이온이 주입되어 형성되는 산화실리콘 절연층(501c2)과, 실리콘 기판에 고농도의 산소를 주입하여 형성하는 실리콘 희생층(501c3)으로 구성되어 있다. 여기의 실리콘 희생층(501c3)은 엘리멘트(510c)가 상하로 이동할 수 있는 이동공간(에어 스페이스)을 확보할 수 있도록 상부 마이크로 미러(530a)의 아래에 위치한 부분이 식각되어 있다. 또한, 실리콘 희생층(501c3)은 압전층(520a, 520a')의 압전재료(522c, 522c')의 수축 팽창에 의한 상부 마이크로 미러(530a)가 구동되도록 압전층(520a, 520a')의 아래 부분이 일부 식각되어 있다. 그리고, 여기에서 산화 실리콘 절연층(501c2)은 실리콘 희생층(501c3)이 식각될 때 실리콘 기판(501c1)이 식각되지 않도록 보호하는 식각 방지층으로 볼 수 있다.The
그리고, 본 발명의 제3 실시예가 제1 실시예와 다른점은 하부 반사부(503c)가 복수의 분리된 하부 반사부 절편(503c1~503c3)로 이루어져 있다는 점이며, 이점에 있어서는 제2 실시예와 동일하다.The third embodiment of the present invention differs from the first embodiment in that the
또한, 본 발명의 제3 실시예가 제1 실시예와 다른점은 엘리멘트(510c)의 이동공간(에어 스페이스)을 실리콘 희생층(501c3)이 제공한다는 점이다. 즉, 본 발명의 제3 실시예에서는 실리콘 기판(501c1)에 별도의 함몰부가 필요하지 않다는 점이다. 이러면에서, 실리콘 희생층(501c3)은 엘리멘트(510c)에 이동공간을 제공하기 위해 엘리멘트(510c)를 지지하고 있는 지지부재로 볼 수 있다. 그리고, 본 발명의 제3 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 그외 구성과 동작은 제1 실시예와 동일하다. The third embodiment of the present invention differs from the first embodiment in that the silicon sacrificial layer 501c3 provides the moving space (air space) of the
도 5d는 본 발명의 제4 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 일부 분을 절단한 사시도로서, 실리콘 기판으로 이루어진 기반부재(501d)과 하부 반사부(503d)와 엘리멘트(510d)로 구성되어 있다. FIG. 5D is a perspective view of a portion of an open hole-based diffractive optical modulator according to a fourth embodiment of the present invention, and includes a
도 5d의 제4 실시예가 도 5a의 제1 실시예와 다른점은 오픈홀(531d1~531d3)의 방향이 가로 방향에 따라 정렬되어 있는 것이 아니라 세로 방향에 따라 정렬되어 있다는 점이다. 그외 구조는 도 5a와 동일하다.The fourth embodiment of FIG. 5D differs from the first embodiment of FIG. 5A in that the directions of the open holes 531d1 to 531d3 are not aligned in the horizontal direction but in the vertical direction. The other structure is the same as that of FIG. 5A.
도 5e는 본 발명의 제5 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 일부분을 절단한 사시도이다. 5E is a perspective view of a portion of an open hole-based diffractive light modulator according to a fifth embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 제 5 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기는 제1 내지 제4 실시예의 오픈홀 기반의 회절 광변조기와 달리 엘리멘트(510e)의 하부지지대(511e)가 실리콘 기판의 기반부재(501e)으로부터 돌출되어 에어 스페이스를 제공하며, 그 결과 엘리멘트(510e)는 상하로 이동가능하다.Referring to the drawings, the open hole-based diffraction optical modulator according to the fifth embodiment is different from the open hole-based diffraction light modulator of the first to fourth embodiments, and the
즉, 엘리멘트(510e)는 입사되는 빛을 반사하는 상부 마이크로 미러(530e)를 가지며 실리콘 기판으로 이루어진 기반부재(501e)의 돌출부에 부유하여 상하로 이동가능하다. 여기에서 하부 지지대가 광반사성을 가지고 있다면 별도의 상부 마이크로 미러를 형성하지 않고 하부 지지대가 상부 마이크로 미러의 역할을 수행하도록 구현할 수 있다.That is, the
엘리멘트(510e)의 하부지지대(511e)는 엘리멘트(510e)에 에어 스페이스를 제공하기 위하여 돌출되어 있으며, 양측의 단부가 기반 부재(501e)에 부착되어 있다.The
그리고, 실리콘 기판으로 이루어진 기반부재(501e)에 절연층(502e)과 하부 반사부(503e)가 증착되어 있으며, 하부 반사부(503e)는 오픈홀을 통해서 입사되는 빛을 반사한다. 여기에서 절연층의 광반사성을 가지고 있다면 별도의 하부 반사부를 증착할 필요없이 절연층이 하부 반사부의 역할을 하도록 할 수 있다.The insulating
엘리멘트(510e)는 리본 형상을 하고 있으며 중앙부분이 기반부재(501e)으로부터 돌출하여 이격되어 위치하고 양끝단의 하면이 각각 기반부재(501e)에 부착되어 있다.The
엘리멘트(510e)의 상부의 좌우측에는 압전층(520e, 520e')이 적층되어 있으며, 압전층(520e, 520e')은 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(521e, 521e')와, 하부전극층(521e, 521e')에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(522e, 522e')와, 압전 재료층(522e, 522e')에 적층되어 있으며 압전재료층(522e, 522e')에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(523e, 523e')을 포함하고 있다.
엘리멘트(510e)는 상부전극층(523e, 523e')과 하부전극층(521e, 521e')에 전압이 인가되는 경우에 위로 이동하여 입사되는 빛을 반사하여 반사광을 형성할 수 있다.When the voltage is applied to the
하부 지지대(511e)의 압전층(520e, 520e')이 없는 중앙 부분에는 상부 마이크로 미러(530e)가 증착되어 있으며, 오픈홀((531e1~531e3))이 구비되어 있음을 알 수 있다. 여기에서 오픈홀(531e1~531e3)의 모양은 직사각형이 바람직하지만 원형 타원형 등 어떤 폐곡선의 형상도 가능하다. It can be seen that the
이러한 오픈홀(531e1~531e3)은 오픈홀(531e1~531e3)이 형성된 부분에 대응하는 하부 반사부(503e)로 하여금 상부 마이크로 미러(530e)의 해당 부분에 인접한 부분과 함께 화소를 형성할 수 있도록 한다.The open holes 531e1 to 531e3 allow the
즉, 일예로 오픈홀(531e1~531e3)이 형성된 상부 마이크로 미러(530e)의 (A) 부분과 하부 반사부(503e)의 (B) 부분이 하나의 화소를 형성할 수 있도록 한다.That is, for example, part (A) of the
이때, 상부 마이크로 미러(530e)의 오픈홀(531e1~531e3)이 형성된 부분을 관통하여 입사광은 하부 반사부(503e)의 해당 부분에 입사할 수 있으며 상부 마이크로 미러(530e)와 하부 반사부(503e)가 λ/4의 홀수배가 될 때 최대의 회절광을 발생시킴을 알 수 있다.At this time, the incident light may pass through a portion where the open holes 531e1 to 531e3 of the
도 5f는 본 발명의 제6 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 일부분을 절단한 사시도이다. 5F is a perspective view of a portion of an open hole-based diffractive light modulator according to a sixth embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 제 6 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기는 제5 실시예의 오픈홀 기반의 회절 광변조기와 달리 오픈홀이 세로 방향으로 정렬되어 있다는 점이다. 그외의 구조는 도 5e와 동일하다.Referring to the drawings, the open hole-based diffraction optical modulator according to the sixth embodiment is different from the open hole-based diffraction optical modulator of the fifth embodiment in that the open holes are aligned in the vertical direction. The other structure is the same as that of FIG. 5E.
도 5g는 본 발명의 제7 실시예에 따른 오픈홀이 구비된 회절 광변조기의 일부분을 절단한 사시도이다. 도면을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 오픈홀이 구비된 회절 광변조기는 실리콘기판으로 이루어진 기반부재(501g)과, 실리콘 기판에 적층된 하부 반사부(503g), 상부 마이크로 미러(510g)로 구성되어 있다.5G is a perspective view of a portion of a diffractive light modulator with an open hole according to a seventh embodiment of the present invention; Referring to the drawings, a diffraction light modulator with an open hole according to a seventh embodiment of the present invention is a
여기에서 하부 반사부(503g)는 하부 전극으로서도 기능을 수행하며, 입사되는 빛을 반사하여 반사광을 형성할 수 있도록 한다. The
상부 마이크로 미러(510g)는 오픈홀(511g1~511g3)을 구비하고 있으며, 여기에서 오픈홀(511g1~511g3)의 모양은 직사각형이 바람직하지만 원형 타원형 등 어떤 폐곡선의 형상도 가능하다. The
이러한 오픈홀(511g1~511g3)은 오픈홀(511g1~511g3)이 형성된 부분에 대응하는 하부 반사부(503g)로 하여금 상부 마이크로 미러(510g)의 해당 부분에 인접한 부분과 함께 화소를 형성할 수 있도록 한다.The open holes 511g1 to 511g3 allow the
즉, 일예로 오픈홀이 형성된 상부 마이크로 미러(510g)의 (A) 부분과 하부 반사부(503g)의 (B) 부분이 하나의 화소를 형성할 수 있도록 한다.That is, for example, part (A) of the
이때, 상부 마이크로 미러(510g)의 오픈홀(511g1~511g3)이 형성된 부분을 관통하여 입사광은 하부 반사부(503g)의 해당 부분에 입사할 수 있으며 상부 마이크로 미러(510g)와 하부 반사부(503g)가 λ/4의 홀수배가 될 때 최대의 회절광을 발생시킴을 알 수 있다.At this time, the incident light may pass through a portion where the open holes 511g1 to 511g3 of the
도 5h는 본 발명의 제8 실시예에 따른 오픈홀에 기반한 회절 광변조기의 일부분을 절단한 사시도이다. 5H is a perspective view of a portion of the diffraction light modulator based on the open hole according to the eighth embodiment of the present invention.
도면을 참조하면 제8 실시예에 따른 오픈홀에 기반한 회절 광변조기는 제7 실시예의 오픈홀에 기반한 회절 광변조기와 달리 오픈홀의 정렬이 세로 방향인 점에 있다. 그외 구조는 도 5g와 동일하다. 한편, 본 발명의 제1 내지 제 6 실시예를 압전 재료층을 이용하여 상하 구동력을 발생하고 있고, 제 7 및 제 8 실시예는 정전기력을 이용하여 상하 구동력을 발생하고 있는데, 이외에 전자기력에 의해 상하 구동력을 발생시킬 수 있다.Referring to the drawings, the diffraction light modulator based on the open hole according to the eighth embodiment is different from the diffraction light modulator based on the open hole of the seventh embodiment in that the alignment of the open holes is in the vertical direction. The other structure is the same as that of FIG. 5G. Meanwhile, the first to sixth embodiments of the present invention generate the vertical driving force by using the piezoelectric material layer, and the seventh and eighth embodiments generate the vertical driving force by using the electrostatic force. Drive force can be generated.
한편, 제4 실시예 내지 제 8 실시예에서 하부 반사부가 하나의 미러층으로 형성되어 있으나 제2 실시예에서 볼 수 있는 것처럼 다수의 하부 반사부 절편으로 분리되도록 할 수 있다. 즉, 하부 반사부를 다수의 하부 반사부 절편로 이루어지도록 하고, 다수의 하부 반사부 절편은 상부 마이크로 미러의 오픈홀의 대응되는 절연층의 표면에 서로 분리되어 형성되어 있도록 할 수 있다. Meanwhile, in the fourth to eighth embodiments, the lower reflector is formed of one mirror layer, but as shown in the second embodiment, the lower reflector may be separated into multiple lower reflector segments. That is, the lower reflector may be formed of a plurality of lower reflector segments, and the plurality of lower reflector segments may be separated from each other on the surface of the corresponding insulating layer of the open hole of the upper micro mirror.
도 5i는 본 발명의 제 9 실시예에 따른 오픈홀에 기반한 회절 광변조기의 일부분을 절단한 사시도이다. 5I is a perspective view of a portion of a diffraction light modulator based on an open hole according to a ninth embodiment of the present invention;
도면을 참조하면, 본 발명의 제9 실시예에 따른 오픈홀에 기반한 회절 광변조기는 실리콘 기판으로 이루어진 기반부재(501i)과, 기반부재(501i)의 함몰부의 중간 부분에 형성되어 있는 하부 반사부(510i)와, 기반부재(501i)의 표면을 가로지르는 상부 마이크로 미러(520i)로 구성되어 있다. 하부 반사부(510i)는 입사되는 입사광을 반사하여 반사광을 형성하도록 하지만 상부 전극으로도 사용된다.Referring to the drawings, a diffraction light modulator based on an open hole according to a ninth embodiment of the present invention includes a
기반부재(501i)의 함몰부의 바닥에는 하부 전극층(503i)이 적층되어 있으며, 중간 부분에 위치한 하부 반사부(상부 전극)(510i)과 함께 정전기력에 의한 하부 반사부(510i)의 상하 구동력을 제공한다.The
즉, 하부 전극(503i)과 하부 반사부(510i)에 전압이 인가되면 하부 전극(503i)과 하부 반사부(510i)는 정전기력에 의해 밀착되어 아래로 다운되는 구동력을 발생시키고 전압이 인가되지 않으면 다시 복원되는 복원력에 의해 상부 구동력을 발생시킨다.That is, when a voltage is applied to the
한편, 상부 마이크로 미러(520i)에는 오픈홀(521i1~521i3)이 구비되어 있는데, 여기에서 오픈홀(521i1~521i3)의 모양은 직사각형이 바람직하지만 원형 타원형 등 어떤 폐곡선의 형상도 가능하다. On the other hand, the upper
이러한 오픈홀(521i1~521i3)은 오픈홀(521i1~521i3)이 형성된 부분에 대응하는 하부 반사부(510i)로 하여금 상부 마이크로 미러(520i)의 해당 부분에 인접한 부분과 함께 화소를 형성할 수 있도록 한다.The open holes 521i1 to 521i3 allow the
즉, 일예로 오픈홀(521i1~521i3)이 형성된 상부 마이크로 미러(520i)의 (A) 부분과 하부 반사부의 (B) 부분이 하나의 화소를 형성할 수 있도록 한다.That is, for example, part (A) of the
이때, 상부 마이크로 미러(520i)의 오픈홀이 형성된 부분을 관통하여 입사광은 하부 반사부(510i)의 해당 부분에 입사할 수 있으며 상부 마이크로 미러(520i)와 하부 반사부(520i)가 λ/4의 홀수배가 될 때 최대의 회절광을 발생시킴을 알 수 있다.At this time, the incident light may pass through the open hole of the
도 5j는 본 발명의 제 10 실시예에 따른 오픈홀에 기반한 광변조기로서 제 9 실시예와 다른 점은 정렬방향이 세로방향이라는 것이다.FIG. 5J is an optical modulator based on an open hole according to a tenth embodiment of the present invention, which is different from the ninth embodiment in that the alignment direction is vertical.
한편, 제4 실시예, 제 7 실시예 내지 제10 실시예에서 기반부재로 실리콘 기판을 사용하였지만, 제3 실시예와 같이 절연층 매몰 실리콘 기판을 사용할 수도 있다.Meanwhile, although the silicon substrate is used as the base member in the fourth and seventh to tenth embodiments, the insulating layer buried silicon substrate may be used as in the third embodiment.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트 1D 어레이의 사시도이다.6 is a perspective view of an element 1D array of an open hole-based diffractive light modulator according to a first embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트 1D어레이는 한쪽 방향으로 그리고 서로 나란하게 상부 마이크로 미러를 가지고 있는 복수개의 엘리멘트(610a~610n)가 펼쳐져 있어 입사하는 입사광에 대하여 회절광을 제공한다. 한편, 여기에서는 제1 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회 절 광변조기의 엘리멘트 1D어레이에 대하여 설명하였지만 제2 실시예 내지 제 10 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트 1D 어레이도 동일하게 구현할 수 있다.Referring to the drawings, the element 1D array of the open-hole-based diffractive optical modulator according to the first embodiment of the present invention has a plurality of
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트 2D 어레이의 사시도이다. 7 is a perspective view of an element 2D array of an open hole-based diffractive light modulator according to a seventh embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트 2D 어레이는 X방향과 Y방향으로 복수의 엘리멘트(710a1~710nn)가 펼쳐저 있다. 여기에서는 제7 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트 2D 어레이에 대하여 설명하였지만 그외 다른 실시예의 경우에도 동일하게 엘리멘트 2D 어레이의 구현이 가능하다.Referring to the drawings, in the element 2D array of the diffraction light modulator based on the open hole according to the seventh embodiment of the present invention, a plurality of elements 710a1 to 710nn are unfolded in the X direction and the Y direction. Herein, the element 2D array of the open hole-based diffractive optical modulator according to the seventh embodiment has been described. However, the element 2D array may be similarly implemented in other embodiments.
한편, 본 명세서에서는 압전 재료층은 단층인 경우를 주로 설명하였지만 압전 재료층이 여러층으로 적층된 다층형도 가능하다.Meanwhile, in the present specification, the piezoelectric material layer is mainly described as a single layer, but a multilayer type in which the piezoelectric material layers are laminated in multiple layers is also possible.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기를 이용한 디스플레이 장치의 구성도이다. 이와 같이 디스플레이 장치에 사용되는 광학계는 프린터 등에도 사용가능하며, 이 경우에 아래에서 설명할 스크린(818) 대신 드럼이 사용되며, 이처럼 드럼이 사용되는 경우에 드럼의 회전하기 때문에 디스플레이 장치처럼 별도의 스캐닝 광학부가 반드시 필요한 것은 아니다. 8 is a block diagram of a display apparatus using an open hole-based diffractive light modulator according to an exemplary embodiment of the present invention. The optical system used in the display device can be used in a printer or the like. In this case, a drum is used instead of the
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 회절 광변조기를 이용한 디스플레이 장치는 디스플레이 광학계(802)와 디스플레이 전자계(804)를 포함한다. 디스플레이 광학계(802)는 광원(806), 광원(806)로부터 나오는 빛을 오픈홀 기반의 회 절 광변조기(810)에 선형광으로 조사하기 위해 선형광을 만들어 주는 조명 광학부(808), 조명 광학부(808)로부터 조사된 선형광을 변조하여 회절광을 형성시키는 오픈홀 기반의 회절 광변조기(810), 오픈홀 기반의 회절 광변조기(810)에서 변조된 회절광을 차수분리하여 분리된 여러 차수의 회절광중에서 원하는 차수의 회절광을 통과시키는 필터링 광학부(812), 필터링 광학부(812)를 통과한 회절광을 집광하고 집광된 점광을 2차원이미지로 스캐닝을 수행하는 투영 및 스캐닝 광학부(816), 및 디스플레이 스크린(818)을 포함한다. Referring to FIG. 8, a display apparatus using a diffractive light modulator according to an exemplary embodiment of the present invention includes a display
디스플레이 전자계(804)는 광원(806), 오픈홀 기반의 회절 광변조기(810) 및 투영 및 스캐닝 광학부(816)에 접속된다.The
그리고, 오픈홀 기반의 회절 광변조기(810)는 조명광학부(808)로부터 선형광이 입사되면, 디스플레이 전자계(804)의 제어에 따라 입사광을 변조하여 회절광을 생성하여 출사한다.When the linear light is incident from the illumination
도 9a는 삼성전기가 개발한 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트(811a~811n) 1D 어레이의 복수의 상부 마이크로 미러(812a~811n)에 선형광이 비스듬히 조명된 경우를 예시한 사시도로서, 복수의 상부 마이크로 미러(812a~812n)가 상하로 이동하면 상부 마이크로 미러(812a~812n)와 하부 반사부(813)의 단차에 의해 입사된 선형광이 변조되어 회절광이 생성된다. 이때, 형성되는 회절광은 입사광이 비스듬히 입사되기 때문에 비스듬하게 출사된다.FIG. 9A is a perspective view illustrating a case where linear light is obliquely illuminated on a plurality of
도 9b는 삼성전기가 개발한 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트(811a~811n) 1D 어레이의 복수의 상부 마이크로 미러(812a~811n)에 선형광이 수직 으로 조명된 경우를 예시한 사시도로서, 복수의 상부 마이크로 미러(812a~812n)가 상하로 이동하면 상부 마이크로 미러(812a~812n)와 하부 반사부(813)의 단차에 의해 입사된 선형광이 변조되어 회절광이 생성된다. 이때 형성되는 회절광은 입사광이 수직으로 입사하기 때문에 0차 회절광은 수직으로 출사되고 ±1차 회절광은 좌우측으로 각각 출사된다.FIG. 9B is a perspective view illustrating a case in which linear light is vertically illuminated on a plurality of
한편, 필터링 광학계(812)는 여러회절차수를 갖는 회절된 광이 입사하면 원하는 회절차수의 회절광을 분리한다. 필터링 광학계(812)는 푸리에 렌즈(미도시)와 필터(미도시)로 구성되어 있으며, 입사되는 회절광중 0차 회절광 또는 ± 1차 광을 선택적으로 통과시킨다.On the other hand, the filtering
그리고, 투영 및 스캐닝 광학부(816)는 집광 렌즈(미도시), 스캐닝 미러(미도시)를 구비하며, 디스플레이 전자계(804)의 제어에 따라 입사된 회절광을 스크린(818)에 스캐닝을 수행한다.The projection and
디스플레이 전자계(804)는 투영 및 스캐닝 광학 장치(816)의 스캐닝 미러(미도시)를 구동시킨다. 투영 및 스캐닝 광학 장치(816)는 디스플레이 스크린(818) 상에 2차원적인 이미지를 형성하기 위해서 이미지를 디스플레이 스크린(818)에 투영하고 디스플레이 스크린(818)에 스캐닝한다. The
한편, 도 8 내지 도 9b의 설명은 단색 이미지를 생성하지만, 컬리 이미지를 생성하게 할 수 있으며, 그렇게 하기 위해서는 디스플레이 광학계(802)에 2개의 추가적인 광원, 2개의 추가적인 회절 광변조기 및 추가적인 필터 등을 포함하면 그 구현이 가능하다.On the other hand, the description of FIGS. 8-9B produces a monochrome image, but may allow the creation of a curly image, which requires two additional light sources, two additional diffractive light modulators, and additional filters to the
상기와 같은 본 발명은, 1개의 구동리본 엘리멘트만을 사용하여 1픽셀을 구성할 수 있도록 한다.The present invention as described above, it is possible to configure one pixel using only one drive ribbon element.
또한, 본 발명은, 리본 엘리멘트의 상부 마이크로 미러에 복수의 오픈홀을 형성하여 회절효율이 향상된 회절광을 얻을 수 있도록 한다.In addition, the present invention, by forming a plurality of open holes in the upper micro mirror of the ribbon element, it is possible to obtain diffracted light with improved diffraction efficiency.
또한, 본 발명은, 종래 4개 또는 6개의 구동엘리멘트를 하나의 구동엘리멘트로 대치함으로써 제조공정에 있어서 수율 향상을 꾀할 수 있으며, 제조원가를 절감할 수 있도록 한다.In addition, the present invention, by replacing the conventional four or six drive elements with one drive element can improve the yield in the manufacturing process, it is possible to reduce the manufacturing cost.
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