KR100919535B1 - 회절형 광변조기 - Google Patents

회절형 광변조기

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Abstract

본 발명은 회절형 광변조기에 관한 것으로서, 특히 기반 부재에 하부 반사부를 형성하고 기반 부재로부터 이격되어 위치한 투과성 지지판에 어레이된 복수의 상부 반사면을 형성하여 한개의 리본 형상의 투과성 지지판의 구동에 의해 스크린에 투사되는 주사선의 하나의 픽셀에 대응되는 회절광을 형성할 수 있도록 하는 회절형 광변조기에 관한 것이다.

Description

회절형 광변조기{Diffractive optical modulator}
본 발명은 회절형 광변조기에 관한 것으로서, 특히 기반 부재에 하부 반사부를 형성하고 기반 부재로부터 이격되어 위치한 투과성 지지판에 어레이된 복수의 상부 반사면을 형성하여 한개의 리본 형상의 투과성 지지판의 구동에 의해 스크린에 투사되는 주사선의 하나의 픽셀에 대응되는 회절광을 형성할 수 있도록 하는 회절형 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 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.
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 유지되도록 한다.
단일 파장 λ를 가진 광을 변조시키기 위해, 변조기는 리본(18)의 두께와 산화물 스페이서(12)의 두께가 λ/4가 되도록 설계된다.
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.
변형되지 않은 상태에서, 즉, 어떠한 전압도 인가되지 않은 상태에서, 격자 진폭은 λ/2와 같고, 리본과 기판으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 λ와 같아서, 이러한 반사광에 위상을 보강시킨다.
따라서, 변형되지 않은 상태에서, 변조기(10)는 평면거울로서 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 λ/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.
한편, 블룸의 특허에서 기술한 종류의 광변조기는 이미지를 디스플레이하기 위한 소자로서 이용될 수 있다. 그리고, 이때 최소 인접한 2개의 리본을 이용하여 하나의 화소를 형성할 수 있다. 물론, 3개의 리본을 이용하여 하나의 픽셀을 형성하거나, 4개의 리본을 이용하여 하나의 픽셀을 형성하거나, 6개의 픽셀을 사용하여 하나의 픽셀을 형성할 수 있다.
그러나, 블룸의 특허에서 기술한 종류의 광변조기는 소형화를 달성하는데 일정한 한계를 가지고 있다. 즉, 광변조기의 리본의 폭은 아무리 작게 하여도 3um 이하로 할 수 없으며, 리본과 리본의 간격은 0.5um이하로 작게할 수 없는 한계가 있다.
그리고, 이러한 리본을 이용한 픽셀 구성에는 최소 2개 이상의 리본이 필요하기에 소자의 소형화에는 한계가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 최소 1개의 리본을 사용하여 하나의 픽셀을 형성할 수 있는 회절광을 얻을 수 있도록 하여 제품의 소형화가 가능하도록 하는 회절형 광변조기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기반 부재; 상기 기반부재에서 이격되어 공간을 확보하는 중간 부분과, 입사광을 투과시키는 투과성 물질로 이루어져 있으며, 중간 부분의 일부분에 상기 기반부재에 배향되어 있고 입사광을 반사하는 반사 표면을 가지고 있으며 상기 기반 부재에 의해 지지되는 제1 반사부; 상기 제1 반사부와 기반 부재 사이에 위치하며 제1 반사부로부터 이격되어 있고 상기 제1 반사부를 투과한 투과광을 반사하는 반사표면을 구비하고 있는 제2 반사부; 및 상기 제1 반사부의 중간 부분을 상기 제2 반사부에 대해 가변하도록 움직이며 상기 제1 반사부와 상기 제2 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 광세기를 변화시키는 구동 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 기반 부재; 어레이를 형성하도록 배열되어 있고, 각각은 상기 기반 부재에 의해 지지되고 있으며 중간 부분은 상기 기반 부재와 이격되어 공간을 확보하고 있고 상기 기반부재에 배향하는 표면의 일부분이 반사면으로 형성되어 입사광을 반사하며 광을 투과하는 투과성 물질로 이루어져 투과면에 입사되는 광을 투과하는 복수의 제1 반사부; 상기 기반 부재와 상기 제1 반사부 사이에 상기 제1 반사부와 이격되어 공간을 확보하도록 위치하고, 상기 제1 반사부를 투과한 투과광을 반사시키는 반사표면을 가지고 있는 제2 반사부; 및 해당하는 각각의 상기 제1 반사부의 중간 부분을 상기 기반부재로부터 멀어지거나 가까워지도록 움직여 상기 제1 반사부와 상기 제2 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 광세기를 변화시키는 복수의 구동 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 도 4a 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기의 사시도이고, 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기의 평면도이고, 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기의 도 4b의 A-A'선에 따른 절단면도이고, 도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기의 도 4b의 B-B'선에 따른 절단면도이고, 도 4e는 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기의 구동되었을 때 투과성 지지판의 구동 상태를 보여주는 도 4d의 절단면도이다.
도 4a 내지 도 4e를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기는 판판한 판형의 기판(401)를 구비하고 있다. 기판(401)으로는 실리콘 기판이 사용될 수 있으며 구성하는 물질로는 Si, Al2O3, ZrO2, Quartz, SiO2 등의 단일물질이 사용되며, 유리 기판 등도 사용가능하다.
그리고, 회절형 광변조기는 기판(401)의 표면에 형성되어 있는 절연층(402)을 포함하고 있으며, 이러한 절연층(402)은 응용에 따라서 생략할 수 있다. 이러한 절연층(402)는 도 4c, 도 4d, 도 4e를 보게되면 기판(401)의 모든 표면 위에 형성되어 있지만 하부 반사부(404)의 아래 부분에만 형성하도록 할 수 있다.
그리고, 회절형 광변조기는 기판(401)위에 형성되어 있으며 높이보다 길이가 아주 긴 장방형의 기둥 형상을 하고 있고, 측면이 서로 마주보고 있으며, 서로 평행하게-정확하게 평행한 것은 아니다- 형성되어 있고, 일정 거리 이격되어 있으며, 일정한 높이를 가지고 있는 한쌍의 지지부재(403a,403b)를 포함하고 있다. 물론, 지지부재(403a, 40b)는 반드시 장방형의 기둥 형상일 필요는 없으며 기판(401)으로부터 돌출되어 아래에서 설명할 투과성 지지판(405a~405n)이 위에 적층되어 기판(401)에서 떨어져서 공중에 부유할 수 있으면 된다. 지지부재(403a, 403b)로는 실리콘 기판이 사용될 수 있으며 구성하는 물질로는 Si, Al2O3, ZrO2, Quartz, SiO2 등의 단일물질이 사용되며, 유리 기판 등도 사용가능하다. 여기에서, 기판(401), 절연층(402) 그리고 지지부재(403a, 403b)를 기반 부재(400)로 부를 수 있다.
회절형 광변조기는 기판(401)의 절연층(402)의 위에 형성되어 있으며 입사되는 광을 반사하는 하부 반사부(404)를 구비하고 있다. 이러한 하부 반사부(404)는 한쌍의 지지부재(403a, 403b)의 사이의 위치하고 있다. 즉, 하부 반사부(404)는 아래에서 언급할 투과성 지지판(405a~405n)의 아래에 형성되어 있어 투과성 지지판(405a~405n)을 투과한 입사광을 반사하며, 또한 투과성 지지판(405a~405n)의 사이를 통과한 입사광을 반사한다. 하부 반사부(404)는 마이크로 미러가 사용될 수 있으며 사용되는 물질로는 메탈(Al, Pt, Cr, Ag 등)이 사용될 수 있다. 이러한 하부 반사부(404)는 기판(401)의 절연층(402)의 표면에 모두 형성되어 있을 수 있지만, 도 4c에 도시된 바와 같이 아래에서 설명할 상부 반사부(420aa~420nc)가 존재하지 않는 부분의 아래에만 위치하도록 할 수 있다.
그리고, 회절형 광변조기는 각각이 리본 형상을 하고 있으며, 한쌍의 지지부재(403a~403b)의 위에 각각의 양측이 고정되어 기판(401)으로부터 공중에 부유하고 있으며, 상하 이동이 가능하고, 어레이를 형성하고 있으며, 입사되는 광을 투과하는 투과성 물질로 형성되어 있는 복수의 투과성 지지판(405a~405n)을 포함하고 있다. 이러한 투과성 지지판(405a~405n)은 광투과성 물질로 이루어지며, 글래스, Quartz, Polymer 등이 사용될 수 있다.
회절형 광변조기는 쌍을 이루고 있고, 투과성 지지판(405a~405n)의 양측에 각각 형성되어 있고, 대부분이 지지부재(403a, 403b)위에 위치하는 투과성 지지판(405a~405n)에 형성되어 있으며 일부는 기판(401)으로부터 이격되어 있는 투과성 지지판(405a~405n)위에 형성되어 있는 복수의 한쌍의 압전체(410aa와 410ba~410an와 410bn)를 구비하고 있다. 이러한 복수의 한쌍의 압전체(410aa와 410ba~410an와 410bn)는 그 각각이 전도성 물질로 이루어진 하부 전극층(411a, 411b-여기에서는 하나의 한쌍의 압전체(410aa와 410ba)에 대하여서만 참조번호를 표시하였다)과, 하부 전극층(411a, 411b)에 적층되어 있으며 양측에 전압이 인가되면 수축 팽창하는 압전 재료층(412a, 412b)과, 전도성 물질로 이루어져 있고 압전 재료층(412a, 412b) 위에 형성되어 있는 상부 전극층(413a, 413b)을 구비하고 있다. 상부 전극층(413a, 413b)와 하부 전극층(411a, 411b)은 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. 또한, 압전 재료층(412a, 412b)는 상하 압전재료와 좌우 압전 재료를 모두 사용가능하며, PZT, PNN-PT, PLZT, AlN, ZnO압전재료를 사용할 수 있으며, Pb, Zr, Zn 또는 타이타늄등을 최소 한개 이상의 원소를 포함하는 압전 전해 재료를 대상으로 한다.
이러한 압전체(410aa와 410ba~410an와 410bn)의 동작을 알아보기 위하여 한쌍의 압전체(일예로 410aa와 410ba)를 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
한쌍의 압전체(410aa와 410ba)의 한쌍의 상부 전극층(413a, 413b)에 전압이 인가되면 한쌍의 압전재료층(412a, 412b)은 수축하거나 팽창하게 되며 그에 따라 투과성 지지판(105a)은 압전 재료층(412a, 412b)의 수축 또는 팽창에 의해 발생된 구동력에 위해 위로 또는 아래로 이동하게 된다. 즉, 도 4d에 도시된 구동전의 상태에서 상부 전극층(413a, 413b)에 전압이 인가되면 양측에 있는 압전재료층(412a, 412b)이 수축 또는 팽창하게 되며 이러한 압전 재료층(412a, 412b)의 일측은 지지부재(403a, 403b)에 단단히 고정되어 있어 움직일 수는 없으며 다른측은 구동이 가능한 투과성 지지판(405a)에 부착되어 있어 투과성 지지판(405a)를 상하로 이동시켜 도 4e와 같이 투과성 지지판(405a)의 변형을 일으킨다.
한편, 회절형 광변조기는 투과성 지지판(405a~405n)의 각각에 형성되어 있으며, 어레이를 형성하고 있고, 일정 간격으로 서로 이격되어 있으며, 입사되는 광을 반사하는 반사성 물질로 이루어진 복수의 상부 반사면(420aa, 420ab, 420ac)으로 이루어진 복수의 상부 반사면 어레이(420a~420n)를 포함하고 있다. 여기에서는 투과성 지지판(405a~405n)의 상부에 형성하였지만 하부에 형성하도록 할 수도 있다.
이러한 상부 반사면 어레이(420a~420n)은 도 4b를 보면 알 수 있는 바와 같이 투과성 지지판(405a~405n)의 긴 변 방향과 서로 평행하게 형성되어 있음을 알 수 있다.
그리고, 상부 반사면(420aa, 420ab, 420ac)은 도 4d를 보면 알 수 있는 바와 같이 투과성 지지판(405a~405n)의 중앙 부위에 위치하고 있지만 연장될 수 있다.
이러한 상부 반사면(420aa, 420ab 420ac)의 폭은 바람직하게 서로 동일하다. 또한, 상부 반사면(420aa, 420ab, 420ac)의 간격은 바람직하게 서로 동일하며 또한 바람직하게 상부 반사면(420aa, 420ab, 420ac)의 폭과 동일하다(도 4c에서 폭 a=b). 또한, 상부 반사면(420aa, 420ab, 420ac)의 폭은 투과성 지지판(405a~405n)의 간격과 동일하다. 또한, 상부 반사면(420aa, 420ab, 420ac)의 폭과 간격은 바람직하게 투과성 지지판(405a~405n)과 동일하다(도 4c에서 a=b=c).
한편, 이와 같은 상부 반사면(420aa~420nc)에 입사되는 입사광은 도 4b를 보면 알 수 있는 바와 같이 선형(line shape)로 중앙 부위에 입사됨을 알 수 있다.
그리고, 상부 반사면(420aa~420nc)은 도 4b에 도시된 바와 같이 입사되는 광을 반사한다. 또한 상부 반사면(420aa~420nc)들의 사이에 있는 투과성 지지판의 투과면(도면부호 420aa-1~420nc-1로 표시됨)은 입사되는 광을 투과시키며, 이처럼 투과된 광은 하부 반사부(404)에서 반사되어 출사된다.
이와 같이 상부 반사면(420aa~420nc)와 그에 인접한 상부 반사면(420aa~420nc)들의 사이에 있는 투과성 지지판의 투과면(420aa-1~420nc-1)을 투과하여 하부 반사부(404)에서 반사되어 나온 광은 회절광을 형성하게 된다.
이때, 상부 반사면(420aa~420nc)과 하부 반사부(404) 사이의 간격을 조정하여 입사광의 광의 회절양을 조절하게 되는데 상부 반사면(420aa~420nc)과 하부 반사부(404)의 간격이 입사광의 파장이 λ라 할때 λ/4의 배수배를 이루면 +/- 1차 회절광의 회절효율이 최대가 된다.
일예로, 도면부호 420aa, 420ab, 420ac의 상부 반사면을 예로 들어 설명하면 도면부호 420aa, 420ab, 420ac에 광이 입사되면 반사되어 반사광을 형성하고, 이때 이러한 상부 반사면들의 사이에 있는 투과성 지지판의 투과면(도면부호 420aa-1, 420ab-1, 420ac-1)에 입사되는 입사광은 투과성 지지판(420aa-1, 420ab-1, 420ac-)을 투과하여 하부 반사부(404)에 반사되어 반사광을 형성하며 상부 반사면(420aa, 420ab, 420ac)에서 반사되는 반사광과 만나 회절광을 형성한다. 이때, 상부 반사면(420aa, 420ab, 420ac)과 하부 반사부(404) 사이의 간격이 입사광의 파장이 λ라 할 때 λ/4의 배수배를 이루면 최고의 +/- 1차 회절효율을 얻는다. 여기에서, 투과성 지지판(405a~405n)과 상부 반사면 어레이(420a~420n)를 합하여 상부 반사부(425a~425n)로 부를 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기가 입사광을 반사시키는 것을 도시하는 도면이고, 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기가 입사광을 회절시키는 것을 도시하는 도면이다.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기는 투과성 지지판(405a~405n)이 조정되어 투과성 지지판(405a~405n)과 하부 반사부(404)가 입사광의 파장이 λ라 할때 λ/2를 이룬다.
이렇게 되면, 투과성 지지판(405a~405n)과 하부 반사부(404)의 격자 진폭은 λ/2와 같고, 상부 반사면(420aa~420nc)과 하부 반사부(404)로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 λ와 같아서, 상부 반사면(420aa~420nc)에서 반사된 반사광과 하부 반사부(404)에서 반사된 반사광은 위상이 보강된다.
따라서, 이러한 상태에서 회절형 광변조기는 평면거울로서 광을 반사한다.
이러한 상태에서 적정 전압이 압전체(410aa와 410ba~410an과 401bn)의 상부 전극층(413a, 413b)에 인가되면 투과성 지지판(405a~405n)은 기판(401)의 표면 방향으로 위로 위치를 변형시키며, 도 5b에서 도면부호 405b, 405d 등이 그예를 나타낸다. 위로 위치가 변형된 상태에서, 격자 진폭은 λ/2 + λ/4와 같게 변한다. 전체 경로차는 λ+λ/2가 되고, 변형된 투과성 지지판(405b, 405d)의 상부 반사면(405ba, 405bb, 405bc, 405da, 405db, 405dc)로부터 반사된 광과 투과성 지지판(405b, 405d)를 통과하여 하부 반사부(404)로부터 반사된 광이 상쇄 간섭을 하게 되며, 그결과 +/- 1차 회절광의 회절효율은 최대가 된다.
도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회절형 광변조기의 사시도이고, 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회절형 광변조기의 평면도이고, 도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회절형 광변조기의 평면도이고, 도 6d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회절형 광변조기의 도 6b의 A-A'선에 따른 절단면도이다.
도 6a를 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 회절형 광변조기는 도 4a에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기와 달리 상부 반사면(420aa'~420nc')의 긴변이 투과성 지지판(405a~405n)의 긴변과 수직이라는 것이다. 이러한 구조에 대하여 도 6b 및 6d를 보면 더 명확해지는데 상부 반사면(420aa~420nc)이 투과성 지지판(405a~495n)에 수직인 방향으로 복수개가 어레이되어 있음을 알 수 있다. 그리고, 도 6b를 보면 이러한 구조에서는 투과성 지지판(405a~405n)의 간격이 떨어져 있을 필요가 없으며 바람직하게는 서로 밀착되어 있어야 한다.
물론 이와 같은 구조에서도 상부 반사면(420aa'~420nc')은 입사되는 광을 반사하여 반사광을 형성하며, 상부 반사면(420aa'~420nc')들의 사이에 있는 투과성 지지판의 투과면(도면부호 420aa-1'~420nc-1'로 표시됨)로 입사되는 광은 투과되어 하부 반사부(404)에서 반사되어 반사광을 형성하며 반사광들이 서로 만나 회절광을 형성한다.
이때, 상부 반사면(420aa'~420nc')과 하부 반사부(404)의 사이의 간격이 조절되어 입사광이 파장이 λ라 할때 단차가 λ/4의 짝수배를 이루면 +/-1차 회절광의 회절효율이 최소가 되고, 단차가 λ/4의 홀수배가 되면 최대가 된다.
일예로, 도면부호 420aa', 420ab', 420ac'의 상부 반사면을 예로 들어 설명하면 도면부호 420aa', 420ab', 420ac'에 광이 입사되면 반사되어 반사광을 형성하고, 이때 이러한 상부 반사면들의 사이에 있는 투과성 지지판의 투과면(도면부호 420aa-1', 420ab-1', 420ac-1')에 입사되는 입사광은 투과성 지지판(420aa-1', 420ab-1', 420ac-1')을 투과하여 하부 반사부(404)에 반사되어 반사광을 형성하며 상부 반사면(420aa', 420ab', 420ac')과 만나 회절광을 형성한다. 이때, 상부 반사면(420aa', 420ab', 420ac')과 하부 반사부(404) 사이의 단차가 λ/4의 짝수배를 이루면 +/-1차 회절광의 회절효율이 최소가 되고, 단차가 λ/4의 홀수배가 되면 회절효율이 최대가 된다.
한편, 도 6a에 도시된 본 발명의 다른 실시예에서는 투과성 지지판(405a~405n)들에 있는 상부 반사면(420aa~420nc)이 서로 동일하게 형성되어 있다.
그러나, 도 6c에 일예로 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시에에서는 투과성 지지판(405a~405n)들에 있는 상부 반사면(420aa~420nc)은 이웃하는 투과성 지지판(405a~405n)에 서로 어긋나도록 형성할 수 있으며 그 동작은 도 6b의 구조와 동일한다.
이러한 본 발명에 따른 투광성 지지판을 이용하고 복수의 상부 반사면을 이용하면, 종래 기술과 비교하여 적은수의 투과성 지지판을 사용하여 원하는 화소의 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.
예를들어, 종래기술에서는 최소 2개의 리본형상 상부 반사부로 1개의 화소를 구현할 수 있다. 그리고, 이러한 종래 기술에서는 1개의 화소를 형성하는 리본형상의 상부 반사부가 2개 일때 회절효율이 50%이하이기 때문에, 회절효율을 증가시키기 위해 4개나 6개의 리본 형상의 상부 반사부로 1개의 화소를 구성한다. 이처럼, 4개이상의 리본 형상으로 1개의 화소를 구성하게 되면 회절효율이 70%이상이 되어 상부 반사부의 개수를 증가시켜서 원하는 최대 효율을 얻을 수 있다.
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 상부반사면(420aa~420nc)을 이용하면 1080 × 1의 리본 형상의 상부 반사부만으로 1080개의 화소를 형성할 수 있어 제작이 용이하고 생산성이 증가하며 소형의 크기로 소자를 제작할 수 있다.
한편, 위에서 설명한 기반 부재(400)는 기판(401)에 지지부재(403a, 403b)가 형성되어 있는 형상에 대하여 설명하였지만 기판(401)에 함몰부를 형성하여 제1 반사부(425a~425n)이 부유할 수 있는 공간을 형성할 수 있다.
또한, 위에서 설명한 압전층(410aa~420an, 420ba~420bn)은 단층의 압전 재료층(410ab, 410bb)를 포함하도로 구현하였으나, 복수의 압전 재료층과 복수의 전극층을 사용하여 구성할 수 있다.
또한, 위에서 설명한 상부 반사부(425a~425n)는 압전층(410aa~420an, 420ba~420bn)의 하부 전극층(410aa, 410ba)로 사용될 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 1개의 상부 반사부만을 사용하여 스크린에 형성하는 1픽셀의 영상을 얻을 수 있는 회절광을 얻을 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 투과성 지지판에 복수의 상부 반사면을 형성하여 회절효율이 향상된 회절광을 얻을 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은, 종래 4개 또는 6개의 상부 반사부를 하나의 상부 반사부로 대치함으로써 제조공정에 있어서 수율 향상을 꾀할 수 있으며, 제조원가를 절감할 수 있도록 한다.
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 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기의 사시도이고, 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기의 평면도이고, 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기의 도 4b의 A-A'선에 따른 절단면도이고, 도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기의 도 4b의 B-B'선에 따른 절단면도이며, 도 4e는 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기의 구동되었을 때 투과성 지지판의 구동 상태를 보여주는 도 4d의 절단면도.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기가 변형되지 않는 상태에서 입사광을 반사시키는 것을 도시하는 도면이고, 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기가 변형된 상태에서 입사광을 회절시키는 것을 도시하는 도면.
도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회절형 광변조기의 사시도이고, 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회절형 광변조기의 평면도이고, 도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회절형 광변조기의 평면도이고, 도 6d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회절형 광변조기의 도 6b의 A-A'선에 따른 절단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
400 : 기반 부재 401 : 기판
402 : 절연층 403a, 403b : 지지부재
404 : 하부 반사부
405a~405n : 투과성 지지판
410aa~410an, 410ba~410bn : 압전체
420a~420n : 상부 반사면 어레이
425a~425n : 상부 반사부

Claims (19)

  1. 기반 부재;
    상기 기반부재에서 이격되어 공간을 확보하는 중간 부분과, 입사광을 투과시키는 투과성 물질로 이루어져 있으며, 중간 부분의 일부분에 상기 기반부재에 배향되어 있고 입사광을 반사하는 반사면을 가지고 있으며 상기 기반 부재에 의해 지지되는 제1 반사부;
    상기 제1 반사부와 기반 부재 사이에 위치하며 제1 반사부로부터 이격되어 있고 상기 제1 반사부를 투과한 투과광을 반사하는 반사표면을 구비하고 있는 제2 반사부; 및
    상기 제1 반사부의 중간 부분을 상기 제2 반사부에 대해 가변하도록 움직이며 상기 제1 반사부와 상기 제2 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 광세기를 변화시키는 압전 수단을 포함하며,
    상기 압전 수단은 한쪽 끝단이 상기 제1 반사부의 제1 측단에 위치하고, 다른쪽 단이 상기 제 2 반사부의 중간 부분으로부터 제1 측으로 이격되어 위치하며, 압전재료층을 포함하고, 상기 압전 재료층의 양측에 전압을 인가하기 위한 전극층을 포함하며, 상기 전극층에 전압이 인가되면 압전 재료층의 수축 및 팽창에 의해 상하 구동력을 제공하는 것을 특징으로 하는 회절형 광변조기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기반 부재는,
    기판; 및
    상기 기판에 돌출되어 있으며 상기 제1 반사부를 지지하여 상기 제1 반사부의 중간 부분이 상기 기판과 공간을 형성하도록 하는 지지부재를 포함하며,
    상기 제2 반사부는 상기 기판에 위치하며 상기 제1 반사부의 투과하여 입사되는 광을 반사시키는 것을 특징으로 하는 회절형 광변조기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기반 부재는,
    상기 기판과 상기 제2 반사부 사이에 형성되어 있는 절연층을 더 포함하는 회절형 광변조기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기반 부재는 공간을 제공하기 위한 함몰부를 형성하며,
    상기 제2 반사부는 상기 기반 부재의 함몰부에 형성되어 있고,
    상기 제1 반사부는 중간 부분이 상기 제1 반사부와 이격되어 위치하도록 함몰부를 가로질러 위치하는 것을 특징으로 하는 회절형 광변조기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 반사부는,
    중간 부분은 상기 기반 부재 이격되어 공간을 형성하고, 상기 기반 부재에 의해 지지되며 입사광을 투과시키는 제1 지지판; 및
    상기 제1 지지판의 중간 부분의 일부에 형성되어 있으며 상기 기반부재의 배향하는 표면이 입사광을 반사하는 제1 반사면을 포함하여 이루어진 회절 광변조기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 반사부는,
    중간 부분은 상기 기반 부재 이격되어 공간을 형성하고, 상기 기반 부재에 의해 지지되며 입사광을 투과시키는 제1 지지판; 및
    상기 제1 지지판의 중간 부분의 일부에 형성되어 있으며 상기 기반부재의 배향하는 표면이 입사광을 반사하는 복수의 제1 반사면으로 이루어진 제1 반사면 어레이를 포함하여 이루어진 회절 광변조기.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 반사부는 상기 제1 반사면의 긴변이 상기 기반 부재를 가로지르는 방향과 동일한 방향으로 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 회절 광변조기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 반사부의 폭과 상기 투과성 지지판의 투과면의 폭은 거의 동일한 것을 특징으로 하는 회절형 광변조기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 반사부의 폭과 상기 투과성 지지판의 사이 간격이 거의 동일한 것을 특징으로 하는 회절형 광변조기.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 반사부의 폭과 상기 투과성 지지판의 투과면의 폭과 상기 투과성 지지판의 사이 간격이 거의 동일한 것을 특징으로 하는 회절형 광변조기.
  11. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 반사부는 상기 제1 반사면의 긴변이 상기 제1 반사부가 상기 기반 부재를 가로지는 방향과 직각 방향으로 정렬되어 있는 것읕 특징으로 하는 회절 광변조기.
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전 수단은 상기 제1 반사부에 서로 분리되어 형성되어 있는 적어도 두개의 압전층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 회절형 광변조기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 반사부가 상기 전극층으로 작용하는 것을 특징으로 하는 회절형 광변조기.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전 수단은,
    양측에 전압이 인가되면 수축 및 팽창에 의해 구동력을 발생하는 복수의 압전 재료층;
    상기 복수의 압전 재료층의 층간에 위치하며 압전 전압을 제공하는 복수의 제1 전극층; 및
    압전 재료층의 최외곽층에 위치하며 압전 전압을 제공하는 제2 전극층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 회절형 광변조기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1 반사부는 상기 제2 전극층으로 작용하는 것을 특징으로 하는 회절형 광변조기.
  17. 기반 부재;
    어레이를 형성하도록 배열되어 있고, 각각은 상기 기반 부재에 의해 지지되고 있으며 중간 부분은 상기 기반 부재와 이격되어 공간을 확보하고 있고 상기 기반부재에 배향하는 표면의 일부분이 반사면으로 형성되어 입사광을 반사하며 광을 투과하는 투과성 물질로 이루어져 투과면에 입사되는 광을 투과하는 복수의 제1 반사부;
    상기 기반 부재와 상기 제1 반사부 사이에 상기 제1 반사부와 이격되어 공간을 확보하도록 위치하고, 상기 제1 반사부를 투과한 투과광을 반사시키는 반사표면을 가지고 있는 제2 반사부; 및
    해당하는 각각의 상기 제1 반사부의 중간 부분을 상기 기반부재로부터 멀어지거나 가까워지도록 움직여 상기 제1 반사부와 상기 제2 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 광세기를 변화시키는 복수의 압전 수단을 포함하며,
    상기 압전 수단은 한쪽 끝단이 상기 제1 반사부의 제1 측단에 위치하고, 다른쪽 단이 상기 제 2 반사부의 중간 부분으로부터 제1 측으로 이격되어 위치하며, 압전재료층을 포함하고, 상기 압전 재료층의 양측에 전압을 인가하기 위한 전극층을 포함하며, 상기 전극층에 전압이 인가되면 압전 재료층의 수축 및 팽창에 의해 상하 구동력을 제공하는 것을 특징으로 하는 회절형 광변조기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 기반 부재는,
    기판; 및
    상기 기판에 돌출되어 있으며 복수의 상기 제1 반사부를 지지하여 복수의 상기 제1 반사부의 각각의 중간 부분이 상기 기판과 이격되어 공간을 확보하도록 하는 지지부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 회절형 광변조기.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 기반 부재는 공간을 제공하기 위한 함몰부를 가지며,
    상기 제2 반사부는 상기 기반 부재의 함몰부에 형성되어 있고,
    복수의 상기 제1 반사부의 각각은 중간 부분이 상기 제2 반사부와 공간을 가지고 이격되어 위치하도록 함몰부를 가로질러 위치하며, 배열되어 어레이를 형성하는 것을 특징으로 하는 회절형 광변조기.
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