KR100894177B1 - 광 변조기 모듈 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 멤스 패키지에 관한 것으로, 특히 광 변조기 모듈 패키지에 관한 것이다. 본 발명의 일측에 따르면, 광원으로부터 입사된 입사광을 미러의 상하 이격 거리에 의해 회절 및 간섭시켜서 변조된 변조광을 출사하는 광 변조기; 상기 광 변조기를 구동하기 위해 상기 광 변조기 주변에 실장되는 드라이버 IC; 및 상기 입사광 중 상기 광 변조기의 미러 영역에 입사되지 않는 광을 차단하는 노이즈 제거 부재를 포함하는 광 변조기 모듈 패키지를 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 광 변조기 모듈 패키지는 광원에서 출사된 광 중 광 변조기에서 반사하지 않는 광이 광 변조기에서 출사된 변조광에 미치는 영향을 최소화시키는 효과가 있다.
광 변조기, 입사광, 변조광.

Description

광 변조기 모듈 패키지{OPTICAL MODULATOR MODULE PACKAGE}
도 1a는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전체를 이용한 일 형태의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도.
도 1b는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전체를 이용한 다른 형태의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도.
도 1c는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기 어레이의 평면도.
도 1d는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기 어레이에 의해 스크린에 이미지가 생성되는 모식도.
도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 분해 사시도.
도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광 변조기와 스캐너를 이용한 모바일 디스플레이 장치를 도시한 모식도.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 광 경로를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 광 경로를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 난반사 구조를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 서로 다른 각도에 따른 반사각의 실험예를 도시한 도면.
도 7a와 도 7b는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 광 경로를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 광 경로를 도시한 도면.
본 발명은 멤스 패키지에 관한 것으로, 특히 광 변조기 모듈 패키지에 관한 것이다.
광 변조기는 광섬유 또는 광주파수대(光周波數帶)의 자유공간을 전송매체로 하는 경우에 송신기에서 신호를 빛에 싣는(광변조) 회로 또는 장치이다. 광 변조기는 광메모리, 광디스플레이, 프린터, 광인터커넥션, 홀로그램 등의 분야에 사용되며, 현재 이를 이용한 표시장치의 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 광 변조기는 멤스 기술과 관련되는데, 멤스(MEMS : Micro Electro Mechanical System)는 반도체 제조기술을 이용해 실리콘 기판 위에 3차원의 구조물을 형성하는 기술이 다. 이러한 멤스의 응용 분야는 매우 다양하며, 예를 들면, 차량용 각종 센서, 잉크젯 프린터 헤드, HDD 자기헤드 및 소형화 및 고기능화가 급진전되고 있는 휴대형 통신기기 등을 들 수 있다. 멤스 소자는 기계적인 동작을 하기 위해서 기판상에서 미세 구동 가능하도록 기판으로부터 부상된 부분을 가진다. 멤스는 초소형 전기기계시스템 또는 소자라고 부를 수 있는데, 그 응용의 하나로서 광학분야에 응용되고 있다. 마이크로머시닝 기술을 이용하면 1mm보다 작은 광학부품을 제작할 수 있으며, 이들로서 초소형 광시스템을 구현할 수 있다.
현재, 초소형 광시스템은 빠른 응답속도와 작은 손실, 집적화 및 디지털화의 용이성 등의 장점으로 인하여 정보통신장치, 정보 디스플레이 및 기록장치에 채택되어 응용되고 있다. 예를 들면, 마이크로 미러, 마이크로렌즈, 광섬유고정대 등의 마이크로 광학부품은 정보저장기록장치, 대형화상 표시장치, 광통신소자, 적응광학에 응용할 수 있다.
여기에서, 마이크로 미러는 상하방향, 회전방향 등의 방향과 동적 및 정적인 운동에 따라 여러가지로 응용된다. 상하방향의 운동은 위상보정기나 회절기 등으로 응용되고, 기울어지는 방향의 운동은 스캐너나 스위치, 광신호 분배기, 광신호감쇠기, 광원어레이 등으로, 미끄러지는 방향의 운동은 광차폐기나 스위치 광신호 분배기 등으로 응용된다.
마이크로 미러는 응용에 따라 크기와 개수가 매우 다르며, 동작 방향 및 동적 또는 정적인 동작에 따라서 응용이 달라진다. 물론 그에 따른 마이크로 미러의 제작방법도 달라진다.
여기서, 마이크로 미러에 입사되는 광이 마이크로 미러에 신호를 인가하기 위한 주변 배선 영역 혹은 마이크로 미러를 구동하기 위한 구동부에서 반사되는 광과 서로 간섭을 하거나 회절을 하는 문제점이 있다. 즉, 입력 신호에 상응하여 광 변조기에서 변조된 변조광이, 광 변조기의 미러 영역에서 반사되지 않고 미러 주변에서 반사되는 광과 간섭/회절을 함으로써, 스크린에 출사된 영상이 왜곡되는 문제점이 있다.
본 발명은 광원에서 출사된 광 중 광 변조기의 미러영역에서 반사하지 않는 광이 광 변조기에서 출사된 변조광에 미치는 영향을 최소화시키기 위한 광 변조기 모듈 패키지를 제공한다.
또한, 본 발명은 광 변조기의 미러 영역에 입사되지 않는 광을 차단함으로써 광 변조기의 노이즈를 제거할 수 있는 광 변조기 모듈 패키지를 제공한다.
또한, 본 발명은 광 변조기의 미러 영역에 입사되지 않는 광을 난반사시킴으로써 광 변조기의 노이즈를 제거할 수 있는 광 변조기 모듈 패키지를 제공한다.
본 발명이 제시하는 이외의 기술적 과제들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측에 따르면, 광원으로부터 입사된 입사광을 미러의 상하 이격 거리에 의해 회절 및 간섭시켜서 변조된 변조광을 출사하는 광 변조기; 상기 광 변조기를 구동하기 위해 상기 광 변조기 주변에 실장되는 드라이버 IC; 및 상기 입사광 중 상기 광 변조기의 미러 영역에 입사되지 않는 광을 차단하는 노이즈 제거 부재를 포함하는 광 변조기 모듈 패키지를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 노이즈 제거 수단은 상기 입사광 중 상기 광 변조기의 마이크로 미러에 입사되지 않는 광을 흡수하는 물질일 수 있다.
여기서, 상기 노이즈 제거 수단은 상기 입사광 중 상기 광 변조기의 미러 영역에 입사되지 않는 광을 난반사시키는 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 소정의 회로 배선이 형성되는 하부 기판; 상기 하부 기판의 일면에 위치하며, 입사광을 변조하여 상기 하부 기판을 통하여 변조광을 투과하는 광 변조기; 상기 하부 기판에 형성된 회로 배선을 통해 상기 광 변조기를 구동하기 위한 신호를 수신하여 상기 광 변조기를 구동하기 위해 상기 광 변조기 주변에 실장 되는 드라이버 IC; 및 상기 하부 기판에 형성되며, 상기 입사광 중 일부를 상기 변조광의 진행방향과 다른 방향으로 출사시키는 굴곡 부재를 포함하는 광 변조기 모듈 패키지를 제공할 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 광 변조기 모듈 패키지는 상기 하부 기판과 대향하여 상기 광 변조기 및 상기 드라이버 IC 상에 위치하며 외부 회로와의 신호 연결 기능을 하는 인쇄회로기판을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 하부 기판은 상기 광 변조기에 상응하는 부분이 투명하여 광 투과가 가능할 수 있다.
여기서, 상기 굴곡 부재는 단면이 삼각형인 복수의 반사 물질로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 삼각형인 복수의 반사 물질의 단면 중 상기 하부 기판에 접하는 선과 다른 선이 상기 하부 기판의 법선과 형성하는 각은 0 ~ 45o 일 수 있다.
여기서, 상기 굴곡 부재는 상기 광 변조기가 위치한 상기 하부 기판의 일면 또는 타면에 형성될 수 있다.
여기서, 상기 굴곡 부재는 단면이 삼각형인 복수의 반사 물질이 일면에 형성된 필름일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 소정의 회로 배선이 형성되는 하부 기판; 상기 하부 기판의 일면에 위치하며, 입사광을 변조하여 상기 하부 기판을 통하여 변조광을 투과하는 광 변조기; 상기 하부 기판에 형성된 회로 배선을 통해 상기 광 변조기를 구동하기 위한 신호를 수신하여 상기 광 변조기를 구동하기 위해 상기 광 변조기 주변에 실장 되는 드라이버 IC; 및 상기 하부 기판에 형성되며, 상기 입사광 중 상기 광 변조기의 미러 영역에 입사되지 않는 광을 흡수하는 광 흡수 부재를 포함하는 광 변조기 모듈 패키지를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 광 흡수 부재는 크롬(Cr) 또는 산화 크롬일 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 광 변조기 모듈 패키지는 상기 하부 기판과 대향하여 상기 광 변조기 및 상기 드라이버 IC 상에 위치하며 외부 회로와의 신호 연결 기능을 하는 인쇄회로기판을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 하부 기판은 상기 광 변조기에 상응하는 부분이 투명하여 광 투과가 가능할 수 있다.
여기서, 상기 광 흡수 부재는 상기 광 변조기가 위치한 상기 하부 기판의 일면 또는 타면에 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 소정의 회로 배선이 형성되는 하부 기판; 상기 하부 기판의 일면에 위치하며, 입사광을 변조하여 상기 하부 기판을 통하여 변조광을 투과하는 광 변조기; 상기 하부 기판에 형성된 회로 배선을 통해 상기 광 변조기를 구동하기 위한 신호를 수신하여 상기 광 변조기를 구동하기 위해 상기 광 변조기 주변에 실장 되는 드라이버 IC를 포함하되, 상기 하부 기판의 표면에 상기 입사광 중 상기 광 변조기의 미러 영역에 입사되지 않는 광을 상기 변조광의 진행방향과 다른 방향으로 출사시키는 조도가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 조도는 샌딩 처리에 의해서 형성될 수 있다.
여기서, 상기 조도는 상기 하부 기판에 코팅되는 금속을 레이저 식각하여 형성할 수 있다.
여기서, 상기 하부 기판과 대향하여 상기 광 변조기 및 상기 드라이버 IC 상에 위치하며 외부 회로와의 신호 연결 기능을 하는 인쇄회로기판을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 하부 기판은 상기 광 변조기에 상응하는 부분이 투명하여 광 투과가 가능할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 발명의 실시예는 일반적으로 외부로 신호를 전송하거나 외부로부터 신호를 수신하기 위한 멤스 패키지에 적용될 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서 본 발명에 적용되는 멤스 패키지 중 광 변조기에 대해서 먼저 설명하기로 한다.
광 변조기는 크게 직접 광의 온/오프를 제어하는 직접 방식과 반사 및 회절을 이용하는 간접 방식으로 나뉘며, 또한 간접 방식은 정전기 방식과 압전 방식으로 나뉠 수 있다. 여기서, 광 변조기는 구동되는 방식에 상관없이 본 발명에 적용이 가능하다.
정전 구동 방식 격자 광 변조기는 반사 표면부를 가지며 기판 상부에 부유(suspended)하는 다수의 일정하게 이격하는 변형 가능 반사형 리본을 포함한다.
먼저, 절연층이 실리콘 기판상에 증착되고, 이후, 희생 이산화실리콘 막 및 질화실리콘 막의 증착 공정이 후속한다. 질화실리콘 막은 리본으로 패터닝되고 이산화실리콘층의 일부가 에칭되어 리본이 질화물 프레임에 의해 산화물 스페이서층 상에 유지되도록 한다. 단일 파장 λ0를 가진 광을 변조시키기 위해, 변조기는 리본의 두께와 산화물 스페이서의 두께가 λ0/4가 되도록 설계된다.
리본상의 반사 표면과 기판의 반사 표면 사이의 수직 거리 d로 한정된 이러한 변조기의 격자 진폭은 리본 (제 1 전극으로서의 역할을 하는 리본의 반사 표면)과 기판(제 2 전극으로서의 역할을 하는 기판 하부의 전도막) 사이에 전압을 인가함으로써 제어된다.
도 1a는 본 발명에 적용 가능한 간접 광 변조기 중 압전체를 이용한 일 형태의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도이며, 도 1b는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전체를 이용한 다른 형태의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 기판(115), 절연층(125), 희생층(135), 리본 구조물(145) 및 압전체(155)를 포함하는 광 변조기가 도시되어 있다. 여기서, 압전체(155)는 일반적으로 구동 수단의 한 종류가 될 수 있다.
기판(115)은 일반적으로 사용되는 반도체 기판이며, 절연층(125)은 식각 정지층(etch stop layer)으로서 증착되며, 희생층으로 사용되는 물질을 식각하는 에천트(여기서 에천트는 식각 가스 또는 식각 용액임)에 대해서 선택비가 높은 물질로 형성된다. 여기서 절연층(125) 상에는 입사광을 반사하기 위해 반사층(125(a), 125(b))이 형성될 수 있다.
희생층(135)은 리본 구조물이 절연층(125)과 일정한 간격으로 이격될 수 있도록 양 사이드에서 리본 구조물(145)을 지지하고, 중심부에서 공간을 형성하는 역할을 한다.
리본 구조물(145)은 상술한 바와 같이 입사광의 회절 및 간섭을 일으켜서 신호를 광변조하는 역할을 한다. 리본 구조물(145)의 형태는 상술한 바와 같이 정전기 방식에 따라 복수의 리본 형상으로 구성될 수도 있고, 압전 방식에 따라 리본의 중심부에 복수의 오픈홀을 구비할 수도 있다. 또한, 압전체(155)는 상부 및 하부 전극간의 전압차에 의해 발생하는 상하 또는 좌우의 수축 또는 팽창 정도에 따라 리본 구조물(145)을 상하로 움직이도록 제어한다. 여기서, 반사층(125(a), 125(b))은 리본 구조물(145)에 형성된 홀(145(b), 145(d))에 대응하여 형성된다.
예를 들면, 빛의 파장이 λ인 경우 어떠한 전압도 인가되지 않거나 또는 소정의 전압이 인가된 상태에서 리본 구조물에 형성된 상부 반사층(145(a), 145(c))과 하부 반사층(125(a), 125(b))이 형성된 절연층(125) 간의 간격은 nλ/2(n은 자연수)와 같다. 따라서 0차 회절광(반사광)의 경우 리본 구조물에 형성된 상부 반사층(145(a), 145(c))에서 반사된 광과 절연층(125)으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 nλ와 같아서 보강 간섭을 하여 회절광은 최대 휘도를 가진다. 여기서, +1차 및 -1차 회절광의 경우 광의 휘도는 상쇄 간섭에 의해 최소값을 가진다.
또한, 상기 인가된 전압과 다른 적정 전압이 압전체(155)에 인가될 때, 리본 구조물에 형성된 상부 반사층(145(a), 145(c))과 하부 반사층(125(a), 125(b))이 형성된 절연층(125) 간의 간격은 (2n+1)λ/4(n은 자연수)와 같게 된다. 따라서 0차 회절광(반사광)의 경우 리본 구조물에 형성된 상부 반사층(145(a), 145(c))과 절연층(125)으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 (2n+1)λ/2 와 같아서 상쇄 간섭을 하여 회절광은 최소 휘도를 가진다. 여기서, +1차 및 -1차 회절광의 경우 보강 간섭에 의해 광의 휘도는 최대값을 가진다. 이러한 간섭의 결과, 광 변조기는 반사 또는 회절광의 광량을 조절하여 신호를 빛에 실을 수 있다.
이상에서는, 리본 구조물(145)과 하부 반사층(125(a), 125(b))이 형성된 절연층(125) 간의 간격이 nλ/2 또는 (2n+1)λ/4인 경우를 설명하였으나, 입사광의 회절, 반사에 의해 간섭되는 세기를 조절할 수 있는 간격을 가지고 구동할 수 있는 다양한 실시예가 본 발명에 적용될 수 있음은 당연하다.
이하에서는, 상술한 도 1a에 도시된 형태의 광 변조기를 중심으로 설명한다.
도 1c를 참조하면, 광 변조기는 각각 제1 픽셀(pixel #1), 제2 픽셀(pixel #2), …, 제m 픽셀(pixel #m)을 담당하는 m개의 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-m)로 구성된다. 광 변조기는 수직 주사선 또는 수평 주사선(여기서, 수직 주사선 또는 수평 주사선은 m개의 픽셀로 구성되는 것으로 가정함)의 1차원 영상에 대한 영상 정보를 담당하며, 각 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-m)는 수직 주사선 또는 수평 주사선을 구성하는 m개의 픽셀 중 어느 하나의 픽셀들을 담당한다. 따라서, 각각의 마이크로 미러에서 반사 및 회절된 광은 이후 광 스캔 장치에 의해 스크린에 2차원 영상으로 투사된다. 예를 들면, VGA 640*480 해상도의 경우 480개의 수직 픽셀에 대해 광 스캔 장치(미도시)의 한 면에서 640번 모듈레이션을 하여 광 스캔 장치의 한 면당 화면 1 프레임이 생성된다. 여기서, 광 스캔 장치는 폴리곤 미러(Polygon Mirror), 회전바(Rotating bar) 또는 갈바노 미러(Galvano Mirror) 등이 될 수 있다.
이하 제1 픽셀(pixel #1)을 중심으로 광변조의 원리에 대하여 설명하지만, 다른 픽셀들에 대해서도 동일한 내용이 적용가능함은 물론이다.
본 실시예에서 리본 구조물(145)에 형성된 홀(145(b)-1)은 2개인 것으로 가정한다. 2개의 홀(145(b)-1)로 인하여 리본 구조물(145) 상부에는 3개의 상부 반사층(145(a)-1)이 형성된다. 절연층(125)에는 2개의 홀(145(b)-1)에 상응하여 2개의 하부 반사층이 형성된다. 그리고 제1 픽셀(pixel #1)과 제2 픽셀(pixel #2) 사이의 간격에 의한 부분에 상응하여 절연층(125)에는 또 하나의 하부 반사층이 형성된다. 따라서, 각 픽셀당 상부 반사층(145(a)-1)과 하부 반사층의 개수는 동일하게 되며, 도 1a를 참조하여 전술한 바와 같이 0차 회절광 또는 ±1차 회절광을 이용하여 변조광의 휘도를 조절하는 것이 가능하다.
도 1d를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기 어레이에 의해 스크린에 이미지가 생성되는 모식도가 도시된다.
수직으로 배열된 m개의 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-m)에 의해 반사 및 회절된 광이 광 스캔 장치에서 반사되어 스크린(175)에 수평으로 스캔되어 생성된 화면(185-1, 185-2, 185-3, 185-4, …, 185-(k-3), 185-(k-2), 185-(k-1), 185-k)이 도시된다. 광 스캔 장치에서 한번 회전하는 경우 하나의 영상 프레임이 투사될 수 있다. 여기서, 스캔 방향은 왼쪽에서 오른쪽 방향(화살표 방향)으로 도시되어 있으나, 다른 방향(예를 들면, 그 역 방향)으로도 영상이 스캔될 수 있음은 자명하다.
도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 분해 사시도이다. 도 2a를 참조하면, 광 변조기 모듈 패키지(100)는 인쇄회로기판(110), 광 투과성 기판(120), 광 변조기(130), 드라이버 IC(integrated circuit)(140a 내지 140d), 열방출판(150) 및 커넥터(160)를 포함한다.
인쇄회로기판(110)은 일반적으로 사용되는 반도체 패키지용 인쇄회로기판이며, 광 투과성 기판(120)은 하면이 인쇄회로기판(110) 상에 부착된다. 여기서, 광 투과성 기판(120)은 인쇄회로기판(110)과 구별하기 위해 하부 기판으로 명명할 수 있다. 인쇄회로기판(110)에 형성된 홀에 대응하여 광 변조기(130)가 광 투과성 기판(120)의 상면에 부착된다. 여기서 광 투과성 기판(120)은 전체적으로 투명한 재질(예를 들면, 유리)로 형성되거나 또는 광 변조기(130)에 입사광이 입사되는 영역이 투명할 수 있다. 또는 광 투과성 기판(120)은 광 변조기(130)에 입사광이 입사되는 영역에 홀이 형성됨으로써 입사광 및 변조광을 투과할 수도 있다.
다른 실시예에 의하면, 인쇄회로기판(110)이 광 변조기(130) 상에 위치한다. 즉, 인쇄회로기판(110)이 커넥터(160)를 통해 입력된 외부 입력 신호를 수신하도록 광 투과성 기판(120)인 하부 기판과 대향하여 광 변조기(130) 및 드라이버 IC(140a 내지 140d) 상에 위치하며 외부 회로와의 신호 연결 기능을 수행할 수 있다. 여기서, 인쇄회로기판(110)에 형성된 회로와 광 투과성 기판(120)에 형성된 회로는 와이어 본딩되거나 또는 테이프를 이용하여 본딩(TAB : tape automated bonding)될 수 있다. 인쇄회로기판(110)이 광 투과성 기판(120)에 와이어 본딩 되는 경우 광 투과성 기판(120)과 인쇄회로기판(110)을 서로 본딩하는 와이어는 에폭시 수지 등에 의해 보호(passivation)될 수 있다. 이하에서는 도 2a에 도시된 바와 같이 인쇄회로기판(110)이 광 투과성 기판(120)의 하부에 위치한 경우를 중심으로 설명한다.
광 변조기(130)는 인쇄회로기판(110)에 형성된 홀을 통하여 입사되는 입사광을 변조하여 변조광을 출사한다. 광 변조기(130)는 광 투과성 기판(120) 상에 플립칩 접속될 수 있다. 광 변조기(130) 주위에 접착제가 형성되어 있어 외부 환경으로부터 밀봉이 제공되고, 광 투과성 기판(120)의 표면을 따라 형성된 전기 배선에 의하여 전기적 접속이 유지된다.
드라이버 IC(140a 내지 140d)는 광 투과성 기판(120)에 부착된 광 변조기(130)의 주변에 플립칩 접속되어 있으며, 외부로부터 입력되는 제어신호에 따라 광 변조기(130)에 구동전압을 제공하는 역할을 한다.
열방출판(150)은 광 변조기(130)와 드라이버 IC(140a 내지 140d)에서 발생된 열을 방출하기 위하여 구비되며 열을 잘 방출하는 금속성 물질이 사용된다.
도 2a에 도시된 광 변조기 모듈 패키지(100)의 제조방법은 인쇄회로기판(110)에 커넥터(160)를 부착하는 단계, 광 투과성 기판(120)에 광 변조기(130) 및 드라이버 IC(140a 내지 140d)를 부착시키는 단계, 광 변조기(130) 주변에 접착제를 도포하여 실링하는 단계, 인쇄회로기판(110)에 광 투과성 기판(120)를 적층하고 와이어 본딩을 수행하는 단계, 광 변조기(130) 및 드라이버 IC(140a 내지 140d)에 열방출판(150)을 부착하는 단계를 포함하여 이루어진다.
여기서, 광 투과성 기판(120)에는 입사광 중 상기 광 변조기의 마이크로 미 러에 입사되지 않는 광을 차단하는 노이즈 제거 부재를 포함할 수 있다. 여기서, 노이즈 제거 부재는 광 변조기(130)에 입사되는 입사광 중 일부를 변조광의 진행방향과 다른 방향으로 출사시키는 굴곡 부재, 상기 입사광 중 광 변조기(130)에 입사되지 않는 광을 흡수하는 광 흡수 부재, 광 투과성 기판(120)의 표면에 입사광 중 광 변조기 광 투과성 기판(120)에 입사되지 않는 광을 변조광의 진행방향과 다른 방향으로 출사시키는 조도(roughness)가 될 수 있다. 즉, 굴곡 부재는 입사광 중 광 변조기의 미러 영역에 입사되지 않는 광을 난반사시킴으로써, 영상 신호에 상응하는 변조광의 노이즈를 제거할 수 있다. 또한, 광 흡수 부재는 입사광 중 광 변조기의 미러 영역에 입사되지 않는 광을 흡수함으로써, 원천적으로 변조광에 대한 노이즈를 제거할 수 있다. 여기서, 굴곡 부재는 광 투과성 기판(120)에 특정 형상을 가진 별도의 물질로 형성될 수 있다. 또는 광 투과성 기판(120)의 표면에 조도를 형성함으로써 입사광 중 광 변조기 광 투과성 기판(120)에 입사되지 않는 광을 난반사시킬 수 있다.
또한, 상기 굴곡 부재, 광 흡수 부재, 특정 조도는 광 투과성 기판(120)의 표면에 형성되되, 광 변조기(130)가 위치한 일면과 같은 면에 형성되거나 또는 그 타면에 형성될 수 있다. 전자의 경우에는 광 변조기(130)와 광 투과성 기판(120)의 사이에 상기 굴곡 부재, 광 흡수 부재, 특정 조도가 형성된다. 상기 굴곡 부재, 광 흡수 부재, 특정 조도가 상술한 난반사 또는 광 흡수 기능을 수행하여 변조광에 대한 노이즈를 제거할 수 있다면, 본 발명이 그 위치에 한정되지 않음은 당연하다.
도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광 변조기와 스캐너를 이용한 모바일 디스플레이 장치를 도시한 모식도이다. 이하에서는 압전 방식의 회절형 광 변조기를 중심으로 설명한다. 도 2b를 참조하면, 광원(205), 광 변조기(210), 구동신호 제어부(220), 스캐너인 폴리곤 미러(230) 및 스크린(240)이 도시된다.
광 변조기(210)는 광원(205)으로부터 출사된 레이저 빔을 영상 신호에 상응하여 반사, 간섭 및 회절시키는 장치이다. 여기서, 광 변조기(210)는 수직 방향으로 동시에 변조광을 발생시키며, 이러한 변조광은 회전하는 폴리곤 미러(230)에 의해 2차원 영상을 구현한다. 본 발명에 따른 광 변조기(210)는 프로젝션의 화소에 따라서 리본의 개수가 결정되며, 일반적으로 VGA 640*480 해상도의 경우 480개의 리본이 배열되어, 수직 화소에 대한 변조광을 반사 및 회절시켜 스크린(240)에 주사할 수 있다.
구동신호 제어부(220)는 감지 장치(미도시)로부터 입력되는 빔 주사에 대한 타이밍값을 입력받아 회절형 광 변조기(210) 및 폴리곤 미러(230)의 구동을 제어한다. 여기서, 구동신호 제어부(220)는 폴리곤 미러 회전 신호를 영상 동기 신호와 동기화시킴으로써 광 변조기(210)로부터 출사된 광이 폴리곤 미러(230)의 미리 설정된 영역에서 반사될 수 있도록 한다. 여기서, 폴리곤 미러 제어 신호는 스캐닝 드라이버(미도시)가 폴리곤 미러를 제어할 수 있는 신호이다.
여기서, 렌즈(미도시)는 광 변조기(210)와 폴리곤 미러(230) 사이에 위치하여 광 변조기(210)로부터 발생되는 변조광을 폴리곤 미러(230)의 회전축 방향으로 집속시킨다.
여기서, 영상 동기 신호는 새로운 프레임 시작과 프레임 내에 새로운 주사선 시작을 알리는 신호이다. 새로운 프레임 시작은 수직 동기 신호, 새로운 주사선 시작은 수평 동기 신호에 의해서 제어된다. 본 발명에 따른 광 변조기(310)는 수직방향으로 일정한 리본이 형성되어 있으므로, 수평 방향에서 동기화될 필요가 있다.
폴리곤 미러(230)는 구동신호 제어부(220)의 구동 제어에 따라 온/오프되며, 구동시 미리 설정된 회전 속도로 일정하게 회전한다. 이러한 폴리곤 미러(230)는 다각형으로 구현되어 있어 회전시 각 면을 통해 입사되는 빔을 반사시킨다. 이때, 폴리곤 미러(230)의 한 면으로부터 반사되는 빔은 스캐닝에 의해서 일정 간격의 스팟(Spot) 배열을 형성시키며 스크린(240)에 주사되되, 이 스팟 배열은 스크린(240)의 하나의 화면을 생성한다. 예를 들면, VGA 640*480 해상도의 경우 480개의 수직 화소에 대해 폴리곤 미러(230)의 한 면에서 640번 모듈레이션을 하여 폴리곤 미러(230)의 한 면당 화면 1 프레임이 생성된다.
폴리곤 미러(230)는 양방향으로 회전할 수 있는 모터(미도시)를 구비하고 있으며, 이 모터에 의해 회전하면서 렌즈를 통해 주사되는 빔을 스크린(240) 방향으로 반사하게 된다. 여기서, 폴리곤 미러(Polygon Mirror)(230)는 회전바(Rotating bar), 갈바노 미러(Galvano mirror)로 갈음될 수도 있다.
이상에서 광 변조기를 일반적으로 도시한 사시도 및 평면도를 설명하였으며, 이하에서는 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 광 변조기 모듈 패키지를 구체적인 실시예를 기준으로 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 실시예는 크게 4가지로 구분되는데, 이하에서 차례대로 설명하며, 본 발명이 이러한 실시예에 한정되지 않음은 당연하다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 광 경로를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 광 투과성 기판(120), 광 변조기(130), 굴곡 부재(310a, 310b)가 도시된다. 광 변조기(130)는 광 투과성 기판(120)에 플립칩 본딩 될 수 있으나, 여기서는 이러한 접촉 및 주변 장치(예를 들면, 드라이버 IC 등)에 대한 도시는 생략하고, 입사광 및 변조광이 진행하는 광 경로를 중심으로 설명한다.
광원으로부터 광 변조기(130)에 입사된 입사광(s)은 영상 신호에 상응하여 반사 및 회절됨으로써 변조광으로 변조되어 상술한 스캐너를 향하여 출사된다. 그러나, 광원으로부터 출사되었으나 광 변조기(130)에 입사되지 않는 입사광(p, r)(즉, 입사광 중 일부)은 광 투과성 기판(120)의 일면에 마련된 굴곡 부재(310a, 310b)에서 난반사되어 변조광의 진행방향과 다른 방향으로 진행한다. 여기서, 굴곡 부재(310a, 310b)는 광 변조기(130)가 결합한 광 투과성 기판(120)의 일면과 다른 면에 형성된다.
굴곡 부재(310a, 310b)는 입사광(p, r)을 변조광과 다른 방향으로 반사시키거나 난반사시키면 그 형태에 구애받지 않는다. 예를 들면, 굴곡 부재(310a, 310b)는 도 3에 도시된 바와 같이 단면이 삼각형이 복수의 반사 물질로 형성될 수 있다. 여기서, 반사 물질은 광을 반사하는 반사율이 높은 물질이며, 예를 들면, 은이 될 수 있다.
또한, 굴곡 부재(310a, 310b)는 단면이 삼각형인 복수의 반사 물질이 일면에 형성된 필름이 될 수 있으며, 이러한 필름이 광 투과성 기판(120) 상에 도포됨으로써 입사광을 난반사시킬 수 있다.
따라서 종래 기술에 따라 굴곡 부재(310a, 310b)가 없는 경우 입사광(p, r)은 광 투과성 기판(120)에서 반사하여 변조광과 같은 방향으로 진행하여, 변조광에 대한 노이즈로 작용할 수 있다. 그러나 굴곡 부재(310a, 310b)가 광 투과성 기판(120)에 마련된 경우 입사광(p, r)은 굴곡 부재(310a, 310b)에서 반사되어 변조광과 다른 방향으로 진행하거나 난반사되어 변조광에 대한 노이즈로 작용할 수 없다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 광 경로를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 광 투과성 기판(120), 광 변조기(130), 굴곡 부재(410a, 410b)가 도시된다. 상술한 제1 실시예와의 차이점을 위주로 설명한다.
굴곡 부재(410a, 410b)는 광 변조기(130)가 결합한 광 투과성 기판(120)의 일면과 같은 면에 형성되거나 광 변조기(130)에 형성될 수 있다. 즉, 입사광(s)이 광 변조기(130)에 형성된 마이크로 미러에서 반사되고, 다른 입사광(p, r)은 굴곡 부재(410a, 410b)에서 반사되어 변조광과 다른 방향으로 진행하거나 난반사된다.
따라서, 상술한 제1 실시예에서는 굴곡 부재(310a, 310b)가 광 변조기(130)가 결합한 광 투과성 기판(120)의 일면과 다른 면에서 반사되는 입사광(p, r)이 변조광에 대해 노이즈로 작용하지 않도록 하였으나, 본 발명의 제2 실시예에서는 굴곡 부재(410a, 410b)가 광 변조기(130)에서 반사되는 입사광(p, r)이 변조광에 대해 노이즈로 작용하지 않도록 한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 난반사 구조를 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 광 투과성 기판(120), 광 변조기(130), 굴곡 부재(510a, 510b)가 도시된다.
단면이 삼각형인 복수의 반사 물질로 형성된 굴곡 부재(510a, 510b)는 광 변조기(130)에 입사되지 않는 입사광(p, r)을 광 변조기(130)에 입사되어 변조되는 입사광(s)와 진행 방향이 다르게 반사될 수 있도록 특정한 각도를 가질 수 있다. 즉, 삼각형인 복수의 반사 물질의 단면 중 광 투과성 기판(120)에 접하는 선과 다른 선이 광 투과성 기판(120)의 법선과 형성하는 각(x)이 특정될 수 있다. 입사광(s)이 광 투과성 기판(120)의 법선과 형성하는 각이 10o인 경우 각(x)가 소정의 범위안에 있을 때 광 변조기(130)에 입사되지 않는 입사광(p, r)은 변조광의 진행 방향과 다른 방향으로 반사될 수 있다.
이러한 각(x)을 특정하기 위한 실험예를 도 6에서 설명한다. 도 6에서는 삼각형인 복수의 반사 물질의 단면 중 광 투과성 기판(120)에 접하는 선과 다른 선이 광 투과성 기판(120)의 법선과 형성하는 각을 15o ~ 70o 로 설정하는 경우(a 내지 j)를 도시하였다. 각각의 수치의 단위는 mm이다.
(a), (b), (f) 및 (g)를 참조하면, 삼각형인 복수의 반사 물질에 입사된 광은 대부분 입사된 방향과 같은 방향으로 반사되며, 그 외의 경우에는 입사된 광이 변조광으로 반사되어 노이즈를 형성할 수 있다. 따라서 삼각형인 복수의 반사 물질의 단면 중 광 투과성 기판(120)에 접하는 선과 다른 선이 광 투과성 기판(120)의 법선과 형성하는 각(x)은 0o ~ 45o 가 되는 경우 본 발명에 따른 노이즈 제거 효과가 좋을 수 있다. 물론 굴곡 부재(510a, 510b)의 형상이 달라지는 경우(예를 들면, 사다리꼴, 원형 등) 노이즈를 제거할 수 있는 유효 각도는 달라질 수 있으며, 본 발명이 이러한 형상, 각도에 한정되지 않음은 당연하다.
도 7a와 도 7b는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 광 경로를 도시한 도면이다. 도 7a를 참조하면, 광 투과성 기판(120), 광 변조기(130), 광 흡수 부재(710a, 710b)가 도시되며, 도 7b를 참조하면, 광 투과성 기판(120), 광 변조기(130), 광 흡수 부재(720a, 720b)가 도시된다. 상술한 제1 실시예와의 차이점을 위주로 설명한다.
광원으로부터 출사되었으나 광 변조기(130)의 미러 영역에 입사되지 않는 입사광(p, r)(즉, 입사광 중 일부)은 광 투과성 기판(120)의 일면에 마련된 광 흡수 부재(710a, 710b)에 흡수된다. 따라서, 광원으로부터 광 변조기(130)의 미러 영역 에 입사된 입사광(s)을 제외한 광 변조기(130)의 미러 영역에 입사되지 않는 입사광(p, r)은 광 흡수 부재(710a, 710b)에 흡수되어 변조광에 대한 노이즈로 작용하지 않게 된다. 여기서, 광 흡수 부재(710a, 710b)는 반사율 및 투과율이 낮고 흡수율이 높은 크롬(Cr) 또는 산화 크롬이 될 수 있다.
여기서, 광 흡수 부재(710a, 710b)는 광 변조기(130)가 결합한 광 투과성 기판(120)의 일면과 같은 면에 형성(도 7b 참조)되거나 다른 면(도 7a 참조)에 형성된다. 광 흡수 부재(710a, 710b)는 광 변조기(130)가 결합한 광 투과성 기판(120)의 일면과 같은 면에 형성되는 경우 그 면에 입사되는 입사광(p, r)이 변조광에 대해 노이즈로 작용하지 않게 된다. 또한, 광 흡수 부재(710a, 710b)는 광 변조기(130)가 결합한 광 투과성 기판(120)의 일면과 다른 면에 형성되는 경우 그 다른 면에 입사되는 입사광(p, r)이 변조광에 대해 노이즈로 작용하지 않게 된다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 광 경로를 도시한 도면이다. 도 8을 참조하면, 광 투과성 기판(120), 광 변조기(130), 조도(roughness)(810a, 810b)가 도시된다. 상술한 제1 실시예와의 차이점을 위주로 설명한다.
조도(roughness)(810a, 810b)는 다양한 방법에 의해서 광 투과성 기판(120) 상에 형성될 수 있다. 예를 들면, 조도(roughness)(810a, 810b)는 광 투과성 기판(120) 상에 샌딩(sanding) 처리에 의해서 형성할 수 있다. 여기서 샌딩 처리는 모래 또는 유리가루(glass bit)를 광 투과성 기판(120)의 표면에 토출하여 조 도(roughness)(810a, 810b)를 형성함으로써 수행될 수 있다.
또한, 조도(810a, 810b)는 광 투과성 기판(120)에 금속을 코팅하고 이를 레이저로 식각함으로써, 소정의 패턴을 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 광 변조기 모듈 패키지는 광원에서 출사된 광 중 광 변조기의 미러 영역 이외의 영역에서 반사된 광이 광 변조기의 미러 영역에서 출사된 변조광에 미치는 영향을 최소화시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 변조기 모듈 패키지는 광 변조기의 미러 영역 밖으로 입사되는 광을 차단함으로써 광 변조기의 노이즈를 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 변조기 모듈 패키지는 광 변조기의 미러 영역에 입사되지 않는 광을 난반사시킴으로써 광 변조기의 노이즈를 제거할 수 있는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명 및 그 균등물의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 소정의 회로 배선이 형성되는 하부 기판;
    상기 하부 기판의 일면에 위치하며, 입사광을 변조하여 상기 하부 기판을 통하여 변조광을 투과하는 광 변조기;
    상기 하부 기판에 형성된 회로 배선을 통해 상기 광 변조기를 구동하기 위한 신호를 수신하여 상기 광 변조기를 구동하기 위해 상기 광 변조기 주변에 실장 되는 드라이버 IC; 및
    상기 하부 기판에 형성되며, 상기 입사광 중 일부를 상기 변조광의 진행방향과 다른 방향으로 출사시키는 굴곡 부재를 포함하는 광 변조기 모듈 패키지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하부 기판과 대향하여 상기 광 변조기 및 상기 드라이버 IC 상에 위치하며 외부 회로와의 신호 연결 기능을 하는 인쇄회로기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 변조기 모듈 패키지.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 하부 기판은 상기 광 변조기에 상응하는 부분이 투명하여 광 투과가 가능한 것을 특징으로 하는 광 변조기 모듈 패키지.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 굴곡 부재는 단면이 삼각형인 복수의 반사 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 변조기 모듈 패키지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 삼각형인 복수의 반사 물질의 단면 중 상기 하부 기판에 접하는 선과 다른 선이 상기 하부 기판의 법선과 형성하는 각은 0 ~ 45o 인 것을 특징으로 하는 광 변조기 모듈 패키지.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 굴곡 부재는 상기 광 변조기가 위치한 상기 하부 기판의 일면 또는 타면에 형성되는 것을 특징으로 하는 광 변조기 모듈 패키지.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 굴곡 부재는 단면이 삼각형인 복수의 반사 물질이 일면에 형성된 필름인 것을 특징으로 하는 광 변조기 모듈 패키지.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제4항에 있어서,
    상기 굴곡부재는 샌딩 처리에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 광 변조기 모듈 패키지.
  18. 제4항에 있어서,
    상기 굴곡부재는 상기 하부 기판에 코팅되는 금속을 레이저 식각하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광 변조기 모듈 패키지.
  19. 삭제
  20. 삭제
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