KR102616277B1 - Gradual transmittance controllable spatial light modulator for implementing hologram and fabricating method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기 및 이의 제조 방법은, 이온 삽입(ion intercalation) 방식을 이용하여 단계적인 투과도(transmittance)의 조절이 가능함으로써, 투과도 조절을 통해 빛의 강도(intensity)를 조절하여 간섭 패턴(interference pattern)을 변화시킬 수 있고, 또한, 단위 사이즈가 수 nm로 작은 이온 삽입을 이용함으로써, 기존의 액정(Liquid crystal, LC)이나 마이크로 미러(micro mirror)를 이용한 공간 광 변조기(spatial light modulator, SLM)에 비해 픽셀 사이즈를 더 감소시킬 수 있다.The transmittance step-adjustable spatial light modulator for hologram implementation according to a preferred embodiment of the present invention and its manufacturing method enable stepwise adjustment of transmittance using an ion intercalation method, thereby enabling transmittance control. By adjusting the intensity of light, the interference pattern can be changed, and by using ion insertion with a unit size as small as a few nm, existing liquid crystal (LC) or micro mirror ( The pixel size can be further reduced compared to a spatial light modulator (SLM) using a micro mirror.
Description
본 발명은 홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 홀로그램 구현을 위해 빛의 상(phase)을 변화하는, 공간 광 변조기 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a transmittance step-adjustable spatial light modulator for implementing a hologram and a method of manufacturing the same. More specifically, it relates to a spatial light modulator that changes the phase of light for implementing a hologram and a method of manufacturing the same. .
2D 디스플레이 기술의 발전이 점차 한계에 다다름에 따라, 실제와 같은 이미지를 구현하기 위해 새로운 3D 디스플레이 기술이 연구되어 오고 있다. 3D 디스플레이를 구현하는 데에는 여러 가지 방식이 존재하는데, 그 중에서도 홀로그램(hologram) 기술은 별도의 도구나 장애 없이 사용자가 이미지를 입체적으로 받아들이는 것을 가능하게 하는(Autostereoscopic) 효율적인 방법이다. 홀로그램은 실사로부터 반사가 되거나 회절되어 전파되는 빛의 공간적 분포를 기록 및 재현하는 기술이기 때문에, 빛의 조절이 핵심이다.As the development of 2D display technology gradually reaches its limits, new 3D display technology has been researched to realize realistic images. There are many ways to implement a 3D display, and among them, hologram technology is an efficient autostereoscopic method that allows users to receive images in three dimensions without any additional tools or obstacles. Because holograms are a technology that records and reproduces the spatial distribution of light reflected or diffracted from real images and propagated, light control is key.
도 1은 디지털 홀로그램 구현 방식을 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining a digital hologram implementation method.
이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 홀로그램의 원리로 인하여 구현 시에 빛의 상(phase)을 변화시킬 수 있는 공간 광 변조기(spatial light modulator, SLM)가 필수적으로 필요하다. 광원에서 나오는 평행파의 빛이 공간 광 변조기(SLM)를 통과하면 초기와 다른 파형을 가지고 진행하게 되는데, 이 출력 값이 각각 다른 픽셀에서 출력되는 값들과 모여 홀로그램을 이루게 된다. 빛이 수백 nm의 파장을 갖고 있기 때문에, 이를 효율적으로 조절하기 위해서는 최대한 파장 값에 비슷한 픽셀 크기를 갖는 공간 광 변조기(SLM)를 구현하는 것이 중요하다.At this time, as shown in FIG. 1, a spatial light modulator (SLM) capable of changing the phase of light during implementation is essential due to the principle of a hologram. When parallel wave light from a light source passes through a spatial light modulator (SLM), it proceeds with a different waveform than the initial one, and this output value is combined with the values output from different pixels to form a hologram. Since light has a wavelength of hundreds of nm, in order to control it efficiently, it is important to implement a spatial light modulator (SLM) with a pixel size as similar to the wavelength as possible.
기존의 공간 광 변조기(SLM)의 경우 액정(Liquid crystal, LC)이나 마이크로 미러(micro mirror)를 이용하여 구현하는데, 이러한 경우, 각 물질의 단위 셀(unit cell)의 크기가 마이크로(micro) 단위이기 때문에 파장에 가까운 nm 대역으로 픽셀을 구현하는 것에 어려움이 있다.Existing spatial light modulators (SLM) are implemented using liquid crystal (LC) or micro mirrors. In this case, the size of the unit cell of each material is micro. Because of this, it is difficult to implement pixels in the nm band close to the wavelength.
본 발명이 이루고자 하는 목적은, 이온 삽입(ion intercalation) 방식을 이용하여 단계적인 투과도(transmittance)의 조절이 가능한, 홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기 및 이의 제조 방법을 제공하는 데 있다.The object of the present invention is to provide a spatial light modulator with step-adjustable transmittance for implementing a hologram, capable of step-adjusting transmittance using an ion intercalation method, and a method for manufacturing the same.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Other unspecified objects of the present invention can be additionally considered within the scope that can be easily inferred from the following detailed description and its effects.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기는, 투명 전도성 물질을 포함하는 하부 전극; 전기변색(electrochromic) 물질을 포함하는 애노드(anode); 전해질을 포함하는 캐소드(cathode); 및 상기 투명 전도성 물질을 포함하는 상부 전극;를 포함하며, 상기 애노드에 인가되는 전압에 따라 상기 애노드의 내부로 이온(ion)이 삽입(intercalation)되는 양이 변화되고, 상기 애노드에 삽입되는 상기 이온의 양에 따라 상기 애노드의 투과도가 변화되며, 상기 애노드의 투과도 변화에 따라 상기 애노드를 통과하는 빛의 강도(intensity)가 조절되어 간섭 패턴(interference pattern)이 변화된다.A transmittance step-adjustable spatial light modulator for implementing a hologram according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object includes a lower electrode including a transparent conductive material; An anode containing an electrochromic material; a cathode containing an electrolyte; and an upper electrode containing the transparent conductive material, wherein the amount of intercalation of ions into the anode changes depending on the voltage applied to the anode, and the ions inserted into the anode The transmittance of the anode changes depending on the amount, and the intensity of light passing through the anode is adjusted according to the change in the transmittance of the anode, thereby changing the interference pattern.
여기서, 상기 전기변색 물질은, 산화 텅스텐(tungsten oxide)을 포함할 수 있다.Here, the electrochromic material may include tungsten oxide.
여기서, 상기 이온은, 리튬 이온(lithium ion) 또는 양성자(proton)를 포함할 수 있다.Here, the ion may include lithium ion or proton.
여기서, 상기 애노드에 삽입되는 상기 이온의 양이 증가할수록 상기 애노드의 투과도는 낮아지고, 상기 애노드에 삽입되는 상기 이온의 양이 감소할수록 상기 애노드의 투과도는 높아질 수 있다.Here, as the amount of ions inserted into the anode increases, the permeability of the anode may decrease, and as the amount of ions inserted into the anode decreases, the permeability of the anode may increase.
여기서, 상기 애노드에 인가되는 전압은, 제어 모듈을 통해 변화될 수 있다.Here, the voltage applied to the anode can be changed through a control module.
여기서, 상기 제어 모듈은, 상기 공간 광 변조기가 복수개의 셀(cell)을 포함하는 경우, 상기 애노드에 인가되는 전압을 셀 별로 제어할 수 있다.Here, when the spatial light modulator includes a plurality of cells, the control module can control the voltage applied to the anode for each cell.
여기서, 상기 전해질은, LiPON(lithium phosphorus oxynitride)을 포함할 수 있다.Here, the electrolyte may include lithium phosphorus oxynitride (LiPON).
여기서, 상기 투명 전도성 물질은, 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO)을 포함할 수 있다.Here, the transparent conductive material may include indium tin oxide (ITO).
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기의 제조 방법은, 공간 광 변조기를 제조하는 방법으로서, 투명 전도성 물질을 포함하는 하부 전극을 글래스 기판(glass substrate) 위에 형성하는 단계; 전기변색(electrochromic) 물질을 포함하는 애노드(anode)를 상기 하부 전극 위에 형성하는 단계; 전해질을 포함하는 캐소드(cathode)를 상기 애노드 위에 형성하는 단계; 및 상기 투명 전도성 물질을 포함하는 상부 전극을 상기 캐소드 위에 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 공간 광 변조기는, 상기 애노드에 인가되는 전압에 따라 상기 애노드의 내부로 이온(ion)이 삽입(intercalation)되는 양이 변화되고, 상기 애노드에 삽입되는 상기 이온의 양에 따라 상기 애노드의 투과도가 변화되며, 상기 애노드의 투과도 변화에 따라 상기 애노드를 통과하는 빛의 강도(intensity)가 조절되어 간섭 패턴(interference pattern)이 변화된다.A method of manufacturing a transmittance step-adjustable spatial light modulator for implementing a hologram according to a preferred embodiment of the present invention to achieve the above object is a method of manufacturing a spatial light modulator, wherein the lower electrode containing a transparent conductive material is made of glass. Forming on a glass substrate; forming an anode containing an electrochromic material on the lower electrode; forming a cathode containing an electrolyte on the anode; and forming an upper electrode including the transparent conductive material on the cathode, wherein the spatial light modulator intercalates ions into the anode according to the voltage applied to the anode. The amount changes, and the transmittance of the anode changes depending on the amount of the ion inserted into the anode, and the intensity of light passing through the anode is adjusted according to the change in the transmittance of the anode to create an interference pattern (interference). pattern changes.
여기서, 상기 전기변색 물질은, 산화 텅스텐(tungsten oxide)을 포함할 수 있다.Here, the electrochromic material may include tungsten oxide.
여기서, 상기 이온은, 리튬 이온(lithium ion) 또는 양성자(proton)를 포함할 수 있다.Here, the ion may include lithium ion or proton.
여기서, 상기 공간 광 변조기는, 상기 애노드에 삽입되는 상기 이온의 양이 증가할수록 상기 애노드의 투과도가 낮아지고, 상기 애노드에 삽입되는 상기 이온의 양이 감소할수록 상기 애노드의 투과도가 높아질 수 있다.Here, the spatial light modulator may have lower transmittance of the anode as the amount of ions inserted into the anode increases, and the transmittance of the anode may increase as the amount of ions inserted into the anode decreases.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기 및 이의 제조 방법에 의하면, 이온 삽입(ion intercalation) 방식을 이용하여 단계적인 투과도(transmittance)의 조절이 가능함으로써, 투과도 조절을 통해 빛의 강도(intensity)를 조절하여 간섭 패턴(interference pattern)을 변화시킬 수 있다.According to the transmittance step-adjustable spatial light modulator for hologram implementation according to a preferred embodiment of the present invention and its manufacturing method, the transmittance can be adjusted in steps using an ion intercalation method, thereby controlling the transmittance. The interference pattern can be changed by adjusting the intensity of light.
또한, 단위 사이즈가 수 nm로 작은 이온 삽입을 이용함으로써, 기존의 액정(Liquid crystal, LC)이나 마이크로 미러(micro mirror)를 이용한 공간 광 변조기(spatial light modulator, SLM)에 비해 픽셀 사이즈를 더 감소시킬 수 있다.In addition, by using ion insertion with a unit size as small as a few nm, the pixel size is further reduced compared to spatial light modulator (SLM) using existing liquid crystal (LC) or micro mirrors. You can do it.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 디지털 홀로그램 구현 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시한 공간 광 변조기의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시한 공간 광 변조기의 단면 TEM(transmission electron microscope) 이미지와 에너지 분산 X선 분광분석 이미지를 나타낸다.
도 5는 도 3에 도시한 공간 광 변조기의 특성을 나타내는 도면으로, 리튬 이온 이동의 산화 환원 반응을 나타낸다.
도 6은 도 3에 도시한 공간 광 변조기의 특성을 나타내는 도면으로, 도 6의 (a)는 공간 광 변조기의 착색(coloration)을 나타내고, 도 6의 (b)는 공간 광 변조기의 탈색(bleach)을 나타낸다.
도 7은 도 3에 도시한 공간 광 변조기의 인가 전압의 변화에 따른 투과도 변화를 나타내는 도면으로, 1V를 단위로 하여 -10V에서 -5V까지의 단계적인 투과도 변화를 나타낸다.
도 8은 도 3에 도시한 공간 광 변조기의 광학 특성을 확인하기 위한 실험 환경을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 3에 도시한 공간 광 변조기의 광학 특성을 나타내는 도면으로, 2개의 픽셀 모두 탈색(bleach)된 상태에서 빛을 조사할 때 출력되는 간섭 패턴을 나타낸다.
도 10은 도 3에 도시한 공간 광 변조기의 광학 특성을 나타내는 도면으로, 2개의 픽셀 중 1개의 픽셀만 착색(coloration)된 상태에서 빛을 조사할 때 출력되는 간섭 패턴을 나타낸다.
도 11은 도 3에 도시한 공간 광 변조기의 광학 특성을 나타내는 도면으로, 2개의 픽셀 모두 착색(coloration)된 상태에서 빛을 조사할 때 출력되는 간섭 패턴을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기의 제조 과정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining a digital hologram implementation method.
Figure 2 is a block diagram illustrating a transmittance level-adjustable spatial light modulator for implementing a hologram according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the spatial light modulator shown in FIG. 2.
FIG. 4 shows a cross-sectional TEM (transmission electron microscope) image and an energy dispersive X-ray spectroscopy image of the spatial light modulator shown in FIG. 3.
FIG. 5 is a diagram showing the characteristics of the spatial light modulator shown in FIG. 3, and shows the redox reaction of lithium ion movement.
FIG. 6 is a diagram showing the characteristics of the spatial light modulator shown in FIG. 3. FIG. 6(a) shows the coloration of the spatial light modulator, and FIG. 6(b) shows the bleach of the spatial light modulator. ).
FIG. 7 is a diagram showing a change in transmittance according to a change in the applied voltage of the spatial light modulator shown in FIG. 3, and shows a stepwise change in transmittance from -10V to -5V with 1V as a unit.
FIG. 8 is a diagram for explaining an experimental environment for confirming the optical characteristics of the spatial light modulator shown in FIG. 3.
FIG. 9 is a diagram showing the optical characteristics of the spatial light modulator shown in FIG. 3, and shows an interference pattern output when light is irradiated with both pixels bleached.
FIG. 10 is a diagram showing the optical characteristics of the spatial light modulator shown in FIG. 3, and shows an interference pattern output when light is irradiated with only one pixel out of two pixels colored.
FIG. 11 is a diagram showing the optical characteristics of the spatial light modulator shown in FIG. 3, and shows an interference pattern output when light is irradiated with both pixels colored.
Figure 12 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a transmittance step-adjustable spatial light modulator for implementing a hologram according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a manufacturing process of a transmittance step-adjustable spatial light modulator for implementing a hologram according to a preferred embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely intended to ensure that the disclosure of the present invention is complete, and that the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and is provided by those skilled in the art It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with meanings that can be commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Additionally, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless clearly specifically defined.
본 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.In this specification, terms such as “first” and “second” are used to distinguish one component from another component, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component.
본 명세서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다" 또는 "포함할 수 있다"등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.In this specification, expressions such as “have,” “may have,” “includes,” or “may include” indicate the presence of the corresponding feature (e.g., a numerical value, function, operation, or component such as a part). indicates, does not rule out the presence of additional features.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기 및 이의 제조 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of a transmittance level-adjustable spatial light modulator for implementing a hologram according to the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail.
먼저, 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기에 대하여 설명한다.First, a transmittance level-adjustable spatial light modulator for implementing a hologram according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기를 설명하기 위한 블록도이다.Figure 2 is a block diagram illustrating a transmittance level-adjustable spatial light modulator for implementing a hologram according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기(이하 '공간 광 변조기'라 한다)(100)는 이온 삽입(ion intercalation) 방식을 이용하여 단계적인 투과도(transmittance)의 조절이 가능하다.Referring to FIG. 2, a transmittance step-adjustable spatial light modulator (hereinafter referred to as 'spatial light modulator') 100 for implementing a hologram according to a preferred embodiment of the present invention uses an ion intercalation method. It is possible to adjust the transmittance.
이에 따라, 본 발명에 따른 공간 광 변조기(100)는 투과도 조절을 통해 빛의 강도(intensity)를 조절하여 간섭 패턴(interference pattern)을 변화시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 공간 광 변조기(100)는 단위 사이즈가 수 nm로 작은 이온 삽입을 이용함으로써, 기존의 액정(Liquid crystal, LC)이나 마이크로 미러(micro mirror)를 이용한 공간 광 변조기(spatial light modulator, SLM)에 비해 픽셀 사이즈를 더 감소시킬 수 있다.Accordingly, the spatial
이를 위해, 공간 광 변조기(100)는 하부 전극(110), 애노드(anode)(130), 캐소드(cathode)(150) 및 상부 전극(170)을 포함할 수 있다. 그리고, 공간 광 변조기(100)는 제어 모듈(200)과 연결될 수 있다.To this end, the spatial
하부 전극(110)는 투명 전도성 물질을 포함한다.The
여기서, 투명 전도성 물질은 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO)을 포함할 수 있다.Here, the transparent conductive material may include indium tin oxide (ITO).
애노드(130)는 전기변색(electrochromic) 물질을 포함한다.The
여기서, 전기변색 물질은 산화 텅스텐(tungsten oxide)을 포함할 수 있다. 예컨대, 산화 텅스텐은 WOx일 수 있으며, x는 실수를 나타내며 다양한 상으로 존재한다.Here, the electrochromic material may include tungsten oxide. For example, tungsten oxide may be WO x , where x represents a real number and exists in various phases.
그리고, 애노드(130)는 이온을 저장하고 있을 수 있다. 이온은 리튬 이온(lithium ion) 또는 양성자(proton)를 포함할 수 있다.And, the
이때, 애노드(130)에 인가되는 전압에 따라 애노드(130)의 내부로 이온(ion)이 삽입(intercalation)되는 양이 변화된다. 그러면, 애노드(130)에 삽입되는 이온의 양에 따라 애노드(130)의 투과도가 변화된다. 그러면, 애노드(130)의 투과도 변화에 따라 애노드(130)를 통과하는 빛의 강도(intensity)가 조절되어 간섭 패턴(interference pattern)이 변화된다.At this time, the amount of intercalation of ions into the
즉, 애노드(130)에 삽입되는 이온의 양이 증가할수록 애노드(130)의 투과도는 낮아지게 된다. 이에 반면, 애노드(130)에 삽입되는 이온의 양이 감소할수록 애노드(130)의 투과도는 높아지게 된다.That is, as the amount of ions inserted into the
그리고, 애노드(130)에 인가되는 전압은 제어 모듈(200)을 통해 변화될 수 있다. 이때, 제어 모듈(200)은 공간 광 변조기(100)가 복수개의 셀(cell)을 포함하는 경우, 애노드(130)에 인가되는 전압을 셀 별로 제어할 수 있다.Also, the voltage applied to the
캐소드(150)는 전해질을 포함한다.
여기서, 전해질은 LiPON(lithium phosphorus oxynitride)을 포함할 수 있다.Here, the electrolyte may include lithium phosphorus oxynitride (LiPON).
상부 전극(170)은 투명 전도성 물질을 포함한다.The
여기서, 투명 전도성 물질은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함할 수 있다.Here, the transparent conductive material may include indium tin oxide (ITO).
그러면, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기의 일례에 대하여 설명한다.Then, an example of a transmittance level-adjustable spatial light modulator for implementing a hologram according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 7.
도 3은 도 2에 도시한 공간 광 변조기의 일례를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3에 도시한 공간 광 변조기의 단면 TEM(transmission electron microscope) 이미지와 에너지 분산 X선 분광분석 이미지를 나타내며, 도 5는 도 3에 도시한 공간 광 변조기의 특성을 나타내는 도면으로, 리튬 이온 이동의 산화 환원 반응을 나타내고, 도 6은 도 3에 도시한 공간 광 변조기의 특성을 나타내는 도면으로, 도 6의 (a)는 공간 광 변조기의 착색(coloration)을 나타내고, 도 6의 (b)는 공간 광 변조기의 탈색(bleach)을 나타내며, 도 7은 도 3에 도시한 공간 광 변조기의 인가 전압의 변화에 따른 투과도 변화를 나타내는 도면으로, 1V를 단위로 하여 -10V에서 -5V까지의 단계적인 투과도 변화를 나타낸다.FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the spatial light modulator shown in FIG. 2, and FIG. 4 shows a cross-sectional TEM (transmission electron microscope) image and an energy dispersive X-ray spectroscopy image of the spatial light modulator shown in FIG. 3. , FIG. 5 is a diagram showing the characteristics of the spatial light modulator shown in FIG. 3, showing the redox reaction of lithium ion movement, and FIG. 6 is a diagram showing the characteristics of the spatial light modulator shown in FIG. 3. (a) shows the coloration of the spatial light modulator, (b) in Figure 6 shows the bleaching of the spatial light modulator, and Figure 7 shows the change in applied voltage of the spatial light modulator shown in Figure 3. This is a diagram showing the change in transmittance according to the diagram, showing the stepwise change in transmittance from -10V to -5V with 1V as the unit.
본 발명에 따른 공간 광 변조기(100)의 일례는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 전극(170)-캐소드(150)-애노드(130)-하부 전극(110)을 포함하는 구조에서, 이온의 이동을 통하여 투과도를 변화시킬 수 있다.As shown in FIGS. 3 and 4, an example of the spatial
여기서, 하부 전극(110)은 240 nm의 두께를 가지며, 인듐 주석 산화물(ITO)을 사용하였다. 애노드(130)는 산화 텅스텐(tungsten oxide) WOx를 사용하였고, 이온은 리튬 이온을 사용하였다. 캐소드(150)는 40 nm의 두께를 가지며, LiPON을 사용하였다. 상부 전극(170)은 240 nm의 두께를 가지며, 인듐 주석 산화물(ITO)을 사용하였다. 이때, 상부 전극(170) 각각은 길이(length)가 200 um이고 너비(width)가 200 um이며, 상부 전극(170)들은 서로 350 um 떨어져 있으며, 상부 전극(170) 각각은 공간 광 변조기(100)의 하나의 픽셀(즉, 셀)을 나타낸다.Here, the
애노드(130) 내부에 가해지는 전압에 따라, 리튬 이온의 이동으로 투과도가 변할 수 있도록 애노드(130) 내부에 가해지는 전압을 조절하였다. 이때, 다양한 파장 변화를 위해, 투과도를 여러 단계로 변화시키기 위해 다양한 공정을 실행하였다.Depending on the voltage applied inside the
투과도는 애노드(130)로 사용한 텅스텐 레이어(tungsten layer)에 리튬 이온의 주입으로 변하게 되는데, 이러한 성질을 제어하는 공정으로는 삼산화 텅스텐(tungsten trioxide)에 가까운 상(phase)을 구현하는 방법, 산화 텅스텐(tungsten oxide)의 공극율(porosity)을 조절하는 방법 등을 사용하였다.The transmittance is changed by injection of lithium ions into the tungsten layer used as the
다시 설명하면, 본 발명에 따른 공간 광 변조기(100)는 리튬 이온의 이동에 의한 투과율 변화로 작동하는 원리를 가지고 있다. 전기변색(electrochromic) 성질은 물질의 막에 양성자나 리튬 이온이 들어갔을 때, 특정 물질(산화 텅스텐 등)이 이온과 반응하여 투과도가 변하는 현상을 말한다. 본 발명은 이와 같은 전기변색 성질을 이용하여 투과율 변화를 구현하였다. 인가되는 전압에 따라서 투과율의 정도가 달라지게 되며, 산화 텅스텐 내부로 리튬 이온이 삽입(intercalation)되는 양이 증가/감소 할수록 투과율이 감소/증가하게 된다.In other words, the spatial
이와 같은 전기변색 성질을 통해서 공간 광 변조기(SLM)을 구현할 때, 본 발명은 투과율에 따라 빛의 강도가 조절되는 성질을 사용하였다. 빛은 파장의 성질을 갖기 때문에, 슬릿을 투과하였을 때 회절 패턴을 보면 위치에 따라 빛의 강도가 달라지는 것을 확인할 수 있다.When implementing a spatial light modulator (SLM) through such electrochromic properties, the present invention used the property of controlling the intensity of light according to the transmittance. Because light has the property of a wavelength, you can see that the intensity of light varies depending on the position by looking at the diffraction pattern when it passes through the slit.
이러한 슬릿이 서로에게 독립적이지 않고 충분히 영향을 줄 정도의 위치에 있다면, 위치에 따른 빛의 강도가 간섭 현상을 일으키면서 관찰되는 투과 패턴의 변화를 일으키게 된다. 즉, 투과도를 조정하여 단일 셀을 투과하는 빛에 대한 간섭 패턴을 변화시킬 수 있으며, 여러 개의 셀이 각각 다른 투과도를 가질 때, 이 셀들을 투과하는 빛의 간섭 패턴은 단일 셀을 투과하는 빛의 간섭 패턴과는 다른 패턴을 가지는 점에 착안하여, 본 발명에 따른 공간 광 변조기(SLM)를 도출하였다. If these slits are not independent of each other and are positioned sufficiently to influence each other, the intensity of light depending on the position causes interference, causing a change in the observed transmission pattern. In other words, by adjusting the transmittance, the interference pattern for light passing through a single cell can be changed. When several cells each have different transmittances, the interference pattern of light passing through these cells is similar to that of the light passing through a single cell. Focusing on the fact that it has a pattern different from the interference pattern, a spatial light modulator (SLM) according to the present invention was derived.
위와 같이, 제조된 본 발명에 따른 공간 광 변조기(100)의 일례는 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같은 특성을 보이는 것을 확인할 수 있다. 도 6의 (a)에 도시된 착색(coloration) 상태는 리튬 이온이 애노드(130) 내부로 최대한 들어가 투과도가 가장 낮은 상태를 나타내고, 도 6의 (b)에 도시된 탈색(bleach) 상태는 리튬 이온이 애노드(130) 내부에서 최소로 존재하여 투과도가 가장 높은 상태를 나타낸다.As described above, it can be confirmed that an example of the spatial
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 리튬 이온의 이동을 통하여 단계적인 투과도 변화가 이루어지는 것을 확인할 수 있다.That is, as shown in FIG. 7, it can be confirmed that a gradual change in permeability occurs through the movement of lithium ions.
그러면, 도 8 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기의 일례의 광학 특성에 대하여 설명한다.Then, with reference to FIGS. 8 to 11 , optical characteristics of an example of a transmittance step-adjustable spatial light modulator for implementing a hologram according to a preferred embodiment of the present invention will be described.
도 8은 도 3에 도시한 공간 광 변조기의 광학 특성을 확인하기 위한 실험 환경을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 도 3에 도시한 공간 광 변조기의 광학 특성을 나타내는 도면으로, 2개의 픽셀 모두 탈색(bleach)된 상태에서 빛을 조사할 때 출력되는 간섭 패턴을 나타내며, 도 10은 도 3에 도시한 공간 광 변조기의 광학 특성을 나타내는 도면으로, 2개의 픽셀 중 1개의 픽셀만 착색(coloration)된 상태에서 빛을 조사할 때 출력되는 간섭 패턴을 나타내고, 도 11은 도 3에 도시한 공간 광 변조기의 광학 특성을 나타내는 도면으로, 2개의 픽셀 모두 착색(coloration)된 상태에서 빛을 조사할 때 출력되는 간섭 패턴을 나타낸다.FIG. 8 is a diagram illustrating an experimental environment for confirming the optical characteristics of the spatial light modulator shown in FIG. 3, and FIG. 9 is a diagram showing the optical characteristics of the spatial light modulator shown in FIG. 3, in which both pixels are It shows the interference pattern output when light is irradiated in a bleached state, and FIG. 10 is a diagram showing the optical characteristics of the spatial light modulator shown in FIG. 3, where only one pixel out of two pixels is colored. 11 is a diagram showing the optical characteristics of the spatial light modulator shown in FIG. 3, when irradiating light with both pixels colored. Indicates the output interference pattern.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 공간 광 변조기(100)의 일례는 애노드(130)의 투과도 조절을 통해 레이저(laser)로부터 조사되는 빛의 강도를 조절하여 간섭 패턴을 변화시킨다. 그러면, 카메라(camera)는 프로젝션 보드(projection board)를 통해 공간 광 변조기(100)를 통해 변화된 간섭 패턴을 촬영한다.Referring to FIG. 8, an example of the spatial
카메라를 통해 촬영된 이미지를 기반으로 본 발명에 따른 공간 광 변조기(100)의 일례가 보이는 광학 특성을 확인하였다. 본 발명에 따른 공간 광 변조기(100)의 일례가 보이는 광학 특성은 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같다.The optical characteristics of an example of the spatial
즉, 2개의 픽셀 모두 탈색(bleach)된 상태에서 빛을 조사할 때 본 발명에 따른 공간 광 변조기(100)의 일례가 출력하는 간섭 패턴은 도 9에 도시된 바와 같다.That is, when light is irradiated with both pixels bleached, the interference pattern output by an example of the spatial
그리고, 2개의 픽셀 중 1개의 픽셀만 착색(coloration)된 상태에서 빛을 조사할 때 본 발명에 따른 공간 광 변조기(100)의 일례가 출력하는 간섭 패턴은 도 10에 도시된 바와 같다.And, when light is irradiated with only one of the two pixels colored in a state, the interference pattern output by an example of the spatial
그리고, 2개의 픽셀 모두 착색(coloration)된 상태에서 빛을 조사할 때 본 발명에 따른 공간 광 변조기(100)의 일례가 출력하는 간섭 패턴은 도 11에 도시된 바와 같다.And, when light is irradiated in a state in which both pixels are colored, an interference pattern output by an example of the spatial
도 9 내지 도 11에서 확인할 수 있듯이, 공간 광 변조기(100)의 픽셀(즉, 셀)의 투과도 상태에 따라 출력되는 간섭 패턴이 확연하게 달라지는 것을 관찰할 수 있다. 이는, 본 발명에 따른 공간 광 변조기(100)가 이온 삽입(ion intercalation)을 사용한 투과형 공간 광 변조기(SLM)으로 충분히 사용될 수 있다는 것을 의미한다.As can be seen in FIGS. 9 to 11, it can be observed that the output interference pattern is clearly different depending on the transmittance state of the pixel (i.e., cell) of the spatial
그러면, 도 12를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기의 제조 방법에 대하여 설명한다.Then, a method of manufacturing a transmittance level-adjustable spatial light modulator for implementing a hologram according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 12.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.Figure 12 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a transmittance step-adjustable spatial light modulator for implementing a hologram according to a preferred embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 투명 전도성 물질을 포함하는 하부 전극(110)을 글래스 기판(glass substrate) 위에 형성한다(S110).Referring to FIG. 12, the
여기서, 투명 전도성 물질은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함할 수 있다.Here, the transparent conductive material may include indium tin oxide (ITO).
그런 다음, 전기변색 물질을 포함하는 애노드(130)를 하부 전극(110) 위에 형성한다(S130).Then, an
여기서, 전기변색 물질은 산화 텅스텐(tungsten oxide)을 포함할 수 있다.Here, the electrochromic material may include tungsten oxide.
이후, 전해질을 포함하는 캐소드(150)를 애노드(130) 위에 형성한다(S150).Afterwards, a
여기서, 전해질은 LiPON을 포함할 수 있다.Here, the electrolyte may include LiPON.
그런 다음, 투명 전도성 물질을 포함하는 상부 전극(170)을 캐소드(150) 위에 형성한다(S170).Then, an
여기서, 투명 전도성 물질은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함할 수 있다.Here, the transparent conductive material may include indium tin oxide (ITO).
위와 같은 과정을 거쳐 제조된 공간 광 변조기(100)는 애노드(130)에 인가되는 전압에 따라 애노드(130)의 내부로 이온이 삽입(intercalation)되는 양이 변화되고, 애노드(130)에 삽입되는 이온의 양에 따라 애노드(130)의 투과도가 변화되며, 애노드(130)의 투과도 변화에 따라 애노드(130)를 통과하는 빛의 강도가 조절되어 간섭 패턴이 변화된다.The spatial
즉, 공간 광 변조기(100)는 애노드(130)에 삽입되는 이온의 양이 증가할수록 애노드(130)의 투과도가 낮아지고, 애노드(130)에 삽입되는 이온의 양이 감소할수록 애노드(130)의 투과도가 높아지게 된다.That is, the spatial
그러면, 도 13을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기의 제조 과정의 일례에 대하여 설명한다.Then, with reference to FIG. 13, an example of the manufacturing process of a transmittance level-adjustable spatial light modulator for implementing a hologram according to a preferred embodiment of the present invention will be described.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기의 제조 과정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a manufacturing process of a transmittance step-adjustable spatial light modulator for implementing a hologram according to a preferred embodiment of the present invention.
도 13에 도시된 바와 같이, 먼저, 하부 전극(110)을 글래스 기판(glass substrate) 위에 증착할 수 있다.As shown in FIG. 13, first, the
여기서, 하부 전극(110)은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함하며, 240 nm의 두께를 가지며, RF 스퍼터링(sputtering) 시스템을 이용하여 글래스 기판의 전체 표면 상에 증착될 수 있다. 스퍼터링은 20 sccm에서 공급되는 Ar 주변 가스에서 100 W 전력으로 40 mTorr에서 수행된다. 이때, RCA사의 초음파 세정(sonication cleaning) 방법을 이용하여 기판을 세정한 이후, 기판 상부에 하부 전극을 증착할 수 있다.Here, the
그런 다음, 애노드(130)를 하부 전극(110) 위에 증착하고, 캐소드(150)를 애노드(130) 위에 증착할 수 있다.Then, the
여기서, 애노드(130)는 산화 텅스텐(tungsten oxide)을 포함하며, 리튬 이온 저장소(reservoir)일 수 있다. 이때, 스퍼터링은 Ar 및 O2 혼합 주변 가스에서 다양한 동작 압력(6 mTorr, 28.5 mTorr 및 35 mTorr)에서 수행된다.Here, the
그리고, 캐소드(150)는 LiPON을 포함하며, 40 nm의 두께를 가질 수 있다. 이때, 고체 상태의 전해질과 리튬 이온의 소스 레이어(source layer)인, 40 nm 두께의 LiPON은 20.5 sccm에서 공급되는 N2 주변 가스에서 100 W 전력으로 5 mTorr 동작 압력에서 증착된다.Additionally, the
마지막으로, 미리 설정된 크기의 사각 패턴을 복수개 포함하는 금속 섀도 마스크(shadow mask)를 이용하여 복수개의 상부 전극(170)을 캐소드(150) 위에 증착할 수 있다.Finally, a plurality of
여기서, 상부 전극(170)은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함하며, 240 nm의 두께를 가지며, RF 스퍼터링 시스템을 이용하여 글래스 기판의 전체 표면 상에 증착될 수 있다.Here, the
그리고, 사각 패턴의 미리 설정된 크기는 길이(length)가 200 um이고 너비(width)가 200 um일 수 있다. 사각 패턴들은 서로 350 um 떨어져 있으며, 사각 패턴 각각은 공간 광 변조기(100)의 하나의 픽셀(즉, 셀)을 나타낸다.And, the preset size of the square pattern may be 200 um in length and 200 um in width. The square patterns are 350 um apart from each other, and each square pattern represents one pixel (ie, cell) of the spatial
위와 같은 과정을 통해, 복수개의 셀을 포함하는 공간 광 변조기(100)를 제조할 수 있다. 이때, 제어 모듈(200)은 애노드(130)에 인가되는 전압을 셀 별로 제어할 수 있다.Through the above process, a spatial
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present invention, and various modifications, changes, and substitutions can be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the attached drawings are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are for illustrative purposes, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the attached drawings. . The scope of protection of the present invention should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be construed as being included in the scope of rights of the present invention.
100 : 공간 광 변조기,
110 : 하부 전극,
130 : 애노드,
150 : 캐소드,
170 : 상부 전극,
200 : 제어 모듈100: spatial light modulator,
110: lower electrode,
130: anode,
150: cathode,
170: upper electrode,
200: control module
Claims (12)
전기변색(electrochromic) 물질을 포함하는 애노드(anode);
전해질을 포함하는 캐소드(cathode); 및
상기 투명 전도성 물질을 포함하는 상부 전극;
를 포함하며,
상기 애노드에 인가되는 전압에 따라 상기 애노드의 내부로 이온(ion)이 삽입(intercalation)되는 양이 변화되고, 상기 애노드에 삽입되는 상기 이온의 양에 따라 상기 애노드의 투과도가 변화되며, 상기 애노드의 투과도 변화에 따라 상기 애노드를 통과하는 빛의 강도(intensity)가 조절되어 간섭 패턴(interference pattern)이 변화되고,
상기 전해질은, LiPON(lithium phosphorus oxynitride)을 포함하고,
상기 상부 전극은 서로 떨어져 복수 개로 형성되어, 상기 상부 전극 각각이 하나의 픽셀을 나타내고,
상기 애노드에 인가되는 전압을 제어하는 제어 모듈을 더 포함하고,
상기 제어 모듈은 상기 애노드에 인가되는 전압을 픽셀 별로 제어하는,
홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기.A lower electrode comprising a transparent conductive material;
An anode containing an electrochromic material;
a cathode containing an electrolyte; and
an upper electrode including the transparent conductive material;
Includes,
Depending on the voltage applied to the anode, the amount of intercalation of ions into the anode changes, the permeability of the anode changes depending on the amount of ions intercalated into the anode, and the anode's As the transmittance changes, the intensity of light passing through the anode is adjusted and the interference pattern changes,
The electrolyte includes LiPON (lithium phosphorus oxynitride),
The upper electrodes are formed in plural pieces spaced apart from each other, and each of the upper electrodes represents one pixel,
Further comprising a control module that controls the voltage applied to the anode,
The control module controls the voltage applied to the anode for each pixel,
Transmittance level-adjustable spatial light modulator for hologram implementation.
상기 전기변색 물질은,
산화 텅스텐(tungsten oxide)을 포함하는,
홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기.In paragraph 1:
The electrochromic material is,
Containing tungsten oxide,
Transmittance level-adjustable spatial light modulator for hologram implementation.
상기 이온은,
리튬 이온(lithium ion) 또는 양성자(proton)를 포함하는,
홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기.In paragraph 1:
The ion is,
Containing lithium ions or protons,
Transmittance level-adjustable spatial light modulator for hologram implementation.
상기 애노드에 삽입되는 상기 이온의 양이 증가할수록 상기 애노드의 투과도는 낮아지고, 상기 애노드에 삽입되는 상기 이온의 양이 감소할수록 상기 애노드의 투과도는 높아지는,
홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기.In paragraph 1:
As the amount of ions inserted into the anode increases, the permeability of the anode decreases, and as the amount of ions inserted into the anode decreases, the permeability of the anode increases.
Transmittance level-adjustable spatial light modulator for hologram implementation.
상기 투명 전도성 물질은,
인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO)을 포함하는,
홀로그램 구현을 위한 투과도 단계 조절형 공간 광 변조기.In paragraph 1:
The transparent conductive material is,
Containing indium tin oxide (ITO),
Transmittance level-adjustable spatial light modulator for hologram implementation.
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| KR1020210024695A KR102616277B1 (en) | 2021-02-24 | 2021-02-24 | Gradual transmittance controllable spatial light modulator for implementing hologram and fabricating method thereof |
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