KR20050115202A - 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기 및 그 제조 방법 - Google Patents

정전기 방식의 가변형 회절 광변조기 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가변형 회절 광변조기 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 유리 재질의 기판 상부에 다수의 분리된 하부 마이크로 미러를 구비하고, 기판으로부터 이격되어 위치하는 상부 마이크로 미러를 정전기 구동방식에 의해 구동되도록 하여 상부 및 하부 마이크로 미러가 기판의 하부로부터 입사되는 입사광을 회절시킬 수 있도록 하는 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

정전기 방식의 가변형 회절 광변조기 및 그 제조 방법{Variable-type diffraction optical modulator of the electrostatic type and manufacture method thereof}
본 발명은 가변형 회절 광변조기 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 유리 재질의 기판 상부에 다수의 분리된 하부 마이크로 미러를 구비하고, 기판으로부터 이격되어 위치하는 상부 마이크로 미러를 정전기 구동방식에 의해 구동되도록 하여 상부 및 하부 마이크로 미러가 기판의 하부로부터 입사되는 입사광을 회절시킬 수 있도록 하는 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 광신호처리는 많은 데이타 양과 실시간 처리가 불가능한 기존의 디지탈 정보처리와는 달리 고속성과 병렬처리 능력, 대용량의 정보처리의 장점을 지니고 있으며, 공간 광변조이론을 이용하여 이진위상 필터 설계 및 제작, 광논리게이트, 광증폭기 등과 영상처리 기법, 광소자, 광변조기 등의 연구가 진행되고 있다.
이중 공간 광변조기는 광메모리, 광디스플레이, 프린터, 광인터커넥션, 홀로그램 등의 분야에 사용되며, 이를 이용한 표시장치의 개발 연구가 진행되고 있다.
이러한 공간 광변조기로는 일예로 도 1에 도시된 바와 같은 반사형 변형 가능 격자 광변조기(10)이다.
이러한 변조기(10)는 블룸 등의 미국특허번호 제 5,311,360호에 개시되어 있다.
변조기(10)는 반사 표면부를 가지며 기판(16) 상부에 부유(suspended)하는 다수의 일정하게 이격하는 변형 가능 반사형 리본(18)을 포함한다. 절연층(11)이 실리콘 기판(16)상에 증착된다.
다음으로, 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 λ0를 가진 광을 변조시키기 위해, 변조기는 리본(18)의 두께와 산화물 스페이서(12)의 두께가 λ0/4가 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 λ0/2와 같고, 리본과 기판으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 λ0와 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 λ0/4와 같게 변한다.
전체 경로차는 파장의 1/2이고, 변형된 리본(18)으로부터 반사된 광과 기판(16)으로부터 반사된 광이 상쇄 간섭을 하게 된다.
이러한 간섭의 결과, 변조기는 입사광(26)을 회절시킨다. 변형된 상태가 +/- 회절모드(D+1, D-1)로 회절된 광을 도시하는 도 3에 각각 28과 30으로 표시된다.
리본(18) 하부에 공간을 형성하는데 사용되는 습식 공정 동안 그리고 변조기(10)의 동작 동안 리본(18)과 기판(16) 사이의 부착이 이러한 장치에서 큰 문제점인 것으로 판명되었다.
부착을 감소시키는 여러 방법: 냉동-건조, 포토레지스트-아세톤 희생층의 건식 에칭, OTS 단층 처리, 짧은 리본을 사용함으로써 딱딱한 리본 및/또는 팽팽한 질화물 막의 사용, 표면중 하나 또는 둘 모두를 거칠게 하거나 또는 주름지게 하는 방법, 리본의 하부상에 반전 레일을 형성하는 방법 및 표면의 화학특성을 변화시키는 방법 등이 있다.
스코트랜드의 힐톤 헤드 아일랜드에서 1994년 6월 개최된 고체 상태 센서 및 액츄에이터에 관한 워크샵에서 산데야스 등의 "고분해능 디스플레이용 변형 가능한 격자 광 밸브의 표면 미세제조" 및 압테 등의 "고분해능 디스플레이용 격자 광 밸브"에 브리지 하부상에 반전 레일을 형성하므로써 접촉 영역을 감소시키고 거친 폴리실리콘 막을 각각 사용함으로써 이러한 부착을 방지하는 것에 관해 발표되었다.
더욱이, 압테 등은 변조기(10)의 기계적 동작의 특성이 인가된 전압의 함수로서 리본(18)의 변형에서의 히스테리시스라는 것을 알았다.
히스테리시스에 대한 이론적 근거는 리본(18)과 기판(16) 사이의 정전기적 인력이 변형량의 비-선형 함수인 반면, 리본(18)의 경도와 장력에 위한 복원력이 실질적으로 선형 함수라는 것이다.
도 4는 광 출력(리본(18)의 변형량의 간접적인 표시)이 수직축상에 도시되고 리본(18)과 기판(16) 사이의 전압이 수평축으로 도시되는 유도 히스테리시스 특성을 도시한다.
따라서, 리본(18)이 기판(16)과 접촉하는 다운 위치로 변형될 때, 이들은 그 위치에 래칭(latching)되고 원래 인가된 전압보다 적은 유지 전압을 필요로 한다.
블룸 등의 미국특허번호 5,311,360호에는 변조기(10)에 활성소자를 필요함없이 활성 매트릭스 설계의 장점을 제공하는 이러한 래칭 특성이 개시된다.
추가로, 블룸 등은 이러한 특성이 사용 가능한 전력의 효율적 사용이 매우 중요한 저전력 응용에서 바람직하다는 것을 개시한다.
하지만, 부착 문제점에 대해 블룸 등은 접촉 영역을 감소시키도록 리본(18) 하부에 적은 리지를 첨가하여 부착 문제를 감소시키는 것에 관해 개시하고 있다.
하지만, 변조기(10)의 기판이 광 표면으로서 사용되기 때문에, 표면에 작은 리지를 추가하기 위한 제조 공정은 기판(16)의 반사부가 고반사율을 가진도록 매끄러워야 하며 리본(18)에 평행한 평면내에 위치하여야 한다는 복잡성을 가진다.
통상적인 디스플레이는 화소의 2차원 어레이내에서 형성된다. 다수의 화소 각각에 의해 형성된 불연속 이미지는 사용자의 눈에 의해 통합되어 전체 이미지를 나타내는 화소의 복합상을 형성한다.
불행히도, 이러한 디스플레이 장치의 비용은 각각의 화소가 전체 어레이를 형성하기 위해 중복되고 각각의 화소를 제조하는 비용 역시 중복되기 때문에 증가된다.
이러한 화소화된 디스플레이의 예는 텔레비전 또는 컴퓨터 시스템이다. 각각의 화소는 LCD 장치 또는 CRT에 의해 형성될 수 있다.
그러므로, 반사 엘리먼트와 기판 사이의 부착이 이러한 부착을 감소시키는데 필요한 복잡한 표면 처리를 사용함없이 감소 또는 제거되는 회절격자 광 밸브가 필요하다.
또한, 이미지 품질을 저하시킴없이 시스템을 설계하는데 필요한 화소의 수를 감소시킴으로써 제조 비용을 감소시키는 디스플레이가 필요하다.
이러한 필요를 만족시키기 위한 개선된 종래 기술로는 실리콘 라이트 머신즈사의 국내 출원번호 10-2000-7014798의 "2차원 이미지를 형성하기 위해 입사광 빔을 변조시키는 방법 및 장치"가 있다.
개시된 "2차원 이미지를 형성하기 위해 입사광 빔을 변조시키는 방법 및 장치"에 있어 회절격자 광 밸브는 반사표면을 각각 가진 다수의 가늘고 긴 엘리먼트를 포함한다.
가늘고 긴 엘리먼트는 기판 상부에서 상호 평행하고, 지지되는 단부를 가지며 인접 반사 표면의 열(GLV 어레이)을 형성하도록 정렬한다.
가늘고 긴 엘리먼트는 디스플레이 엘리먼트에 따라 그룹을 형성한다. 각각의 그룹이 교대하여 기판에 대해 전압을 인가함으로써 변형된다.
각각의 변형된 가늘고 긴 엘리먼트의 거의 평면인 중심부는 각각의 변형되지 않은 엘리먼트의 중심부로부터 미리 설정된 거리로 실질적으로 평행하다.
미리 설정된 거리는 변형되지 않은 반사표면과 기판 사이의 거리의 1/3 내지 1/4로 선택되어 변형된 가늘고 긴 엘리먼트가 기판의 표면과 접촉하지 않도록 한다.
기판과의 접촉을 방지함으로써 가늘고 긴 엘리먼트가 기판과 부착되는 것이 방지된다. 추가로, 미리 설정된 거리를 제한함으로써 가늘고 긴 엘리먼트를 변형시키는 히스테리시스를 방지한다.
도 5는 개선된 종래 기술에 따른 변형되지 않은 상태에서 GLV의 가늘고 긴 엘리먼트(100)의 측단면도를 도시한다.
도 5에서, 가늘고 긴 엘리먼트(100)는 그 단부에 의해 기판(구성층 포함) 표면 상에 부유된다. 도 5에서 도면부호 102는 에어 스페이스를 나타낸다.
도 6은 6개의 가늘고 긴 엘리먼트(100)를 포함하는 GLV의 일부의 평면도를 도시한다. 가늘고 긴 엘리먼트(100)는 동일한 폭을 가지며 서로에 대해 평행하게 배치된다.
가늘고 긴 엘리먼트(100)는 작은 스페이스로 서로에 대해 분리되고, 이에 따라 각각의 가늘고 긴 엘리먼트(100)가 다른 엘리먼트에 대해 선택적으로 변형될 수 있도록 한다.
도 6에 도시된 6개의 가늘고 긴 엘리먼트(100)는 바람직하게는 단일 디스플레이 엘리먼트(200)에 해당한다. 따라서, 1920개의 가늘고 긴 엘리먼트의 열은 열내에 배치된 320개의 디스플레이를 가진 GLV 어레이에 해당한다.
도 7은 변형되지 않은 가늘고 긴 엘리먼트(100)를 가진 디스플레이 엘리먼트(100)의 정면도를 도시한다. 도 7에 도시된 도면은 도 5에 도시된 선 A-A'를 따라 절취한 것이다.
변형되지 않는 상태는 도전체층(106)에 대해 각각의 가늘고 긴 엘리먼트(100)상의 바이어스를 이퀄라이징함으로써 선택된다.
가늘고 긴 엘리먼트(100)의 반사 표면이 실질적으로 공동-평탄(co-planar)하기 때문에, 가늘고 긴 엘리먼트(100)에 입사하는 광은 반사된다.
도 8은 GLV의 변형된 가늘고 긴 엘리먼트(100)의 측단면도를 도시한다. 도 8는 변형된 상태에서 가늘고 긴 엘리먼트(100)가 가늘고 긴 엘리먼트(100) 하부의 후속층의 표면과 접촉하지 않으면서 부유된 상태를 유지하는 것을 도시한다. 이는 도 1 내지 도 3의 종래의 변조기와는 대조된다.
가늘고 긴 엘리먼트(100)와 기판 표면 사이의 접촉을 방지함으로써, 종래 기술의 변조기와 관련된 문제점이 방지된다. 하지만, 변형된 상태에서, 가늘고 긴 엘리먼트(100)는 늘어지는 경향이 있다.
이는 가늘고 긴 엘리먼트(100)가 자신의 길이방향으로 균일하게 기판쪽으로 길이에 수직하는 정전기 인력을 받고, 반면에 가늘고 긴 엘리먼트(100)의 장력은 가늘고 긴 엘리먼트(100)의 길이를 따라 받기 때문이다. 따라서, 가늘고 긴 엘리먼트의 반사표면은 평면형이 아닌 곡선형이다.
하지만, 가늘고 긴 엘리먼트(100)의 중심부(102)(도 8)는 거의 평면인 상태를 유지하여, 각각의 가늘고 긴 엘리먼트(100)의 중심부에 의해서만 얻어진 회절광의 콘트라스트 비가 만족스러운 값이 되도록 한다.
실제로, 거의 평면인 중심부(102)는 포스트 홀(110) 사이 길이의 1/3이다. 그러므로, 포스트 홀(75) 상의 거리가 75미크론일 때. 거의 평면인 중심부(102)는 길이가 대략 25미크론이다.
도 9는 변형된 가늘고 긴 엘리먼트(100)가 교대로 배치된 디스플레이 엘리먼트(200)의 정면도를 도시한다.
도 9에서 도시된 도면은 도 8에 도시된 선 B-B'를 따라 절취한 것이다. 실질적으로 제거되지 않은 가늘고 긴 리본(100)이 인가된 바이어스 전압에 의해 원하는 위치에 유지된다.
이동하는 가늘고 긴 리본(100)내 변형된 상태는 도전체층(106)에 대해 가늘고 긴 엘리먼트(100)에 교대로 구동 전압을 인가함으로써 달성된다.
수직 거리 d1은 대략적으로 평면이 중심부(102)(도 8)에 대해 거의 일정하고, 이에 따라 GLV의 격자 진폭을 한정한다.
격자 진폭 d1은 구동된 가늘고 긴 엘리먼트(100)상의 구동 전압을 조정함으로써 조정될 수 있다. 이는 최적의 콘트라스트 비로 GLV의 정밀한 튜닝을 가능케 한다.
단일 파장(λ1)을 가진 회절하는 입사광에 대해, GLV는 디스플레이될 이미지에서의 최대 콘트라스트 비를 위해 입사광 파장의 1/4(λ0/4)과 동일한 격자 진폭 d1을 가지는 것이 바람직하다.
하지만, 격자 진폭 d1은 파장 λ1의 1/2와 파장 λ1의 전체 수의 합(즉, d1=λ1/4, 3λ1/4, 5λ1/4,...,Nλ1/2+λ1/4)과 동일한 일주(round trip) 거리만을 필요로 한다.
도 9를 참조하면, 각각의 가늘고 긴 엘리먼트(100)의 하부 표면이 거리 d2로 기판으로부터 분리되는 것을 알 수 있다.
따라서, 가늘고 긴 엘리먼트(100)는 GLV의 동작 동안 기판과 접촉하지 않는다.
이는 반사 리본과 기판 사이에서의 종래 기술의 변조기의 부착과 관련된 문제점을 방지한다.
도 4에 도시된 이력곡선을 참조하면, 가늘고 긴 엘리먼트(100)를 기판 표면에 대해 1/3 내지 1/4의 거리로만 이동시킴으로써 입사광을 회절시키기 때문에, 히스테리시스가 방지된다.
그러나, 상기한 종래 기술은 마이크로 미러 리본의 구동을 위하여 각각의 미러 사이에 갭(GAP)이 필수적으로 존재해야 하는데, 이러한 갭이 커질수록 동일한 리본 너비에 대하여 필 팩터(fill factor)가 줄어들게 되어 0차나 ±1차파로 회절되는 최대 광량이 작아지게 되어 광변조기의 다이나믹 범위가 줄어들게 되는 문제점이 있었다.
또한, 상기와 같은 종래 기술에 따르면, 광변조기는 프린팅이나 디스플레이용 응용 분야의 설계상 요구사항에 따라서 다양한 길이의 격자주기(pitch)를 가지게 되는데, 주어진 격자주기에서 광변조기 소자는 리본 갭의 크기를 최소화시켜야 하는데 작은 피치의 소자의 경우 충분한 변조 다이나믹 범위의 확보를 위하여 높은 필 팩터가 요구되며 따라서 작은 갭이 요구되는데 이러한 작은 갭을 제작하기가 매우 어려우며 갭이 작아질수록 소자 수율 저하에 직접적인 영향을 미치게 된다.
또한, 상기와 같은 종래 기술에 따르면, 동시에 구동되는 한 픽셀내의 3~4개의 마이크로 미러는 각각의 구동거리가 서로 정확하게 맞게 조절되지 않으면 회절효율의 저하가 나타나며 이는 전체 픽셀간의 출력광 균일도 저하를 야기시킨다.
또한, 상기와 같은 종래 기술에 따르면, 질화 실리콘(silicon nitride) 등의 유전물질에 금속 반사막을 올려 반사형 마이크로 리본을 제조하게 되는데, 이렇게 제작한 마이크로 리본에 정전력을 가하기 위해 전압을 가하면 유전체에 전하가 층전되어 구동 변위에 표류(drift) 현상이 발생하게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 유리 재질의 기판 상부에 다수의 분리된 하부 마이크로 미러를 구비하고, 기판으로부터 이격되어 위치하는 상부 마이크로 미러를 정전기 구동방식에 의해 구동되도록 하여 상부 및 하부 마이크로 미러가 기판의 하부로부터 입사되는 입사광을 회절시킬 수 있도록 하는 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 빛을 투과하는 광투명판; 상기 광투명판의 상부에 각각 부착되어 있고, 상기 광투명판 상부와 접촉되는 부분에 각각 제1 반사면을 가지고 있으며 일렬로 배열되어 있는 복수개의 제1 반사판; 상기 제1 반사판과 간격을 두고 위쪽에 떨어져 있고, 하측에서 입사되는 입사광을 반사하는 제2 반사면을 각각 가지고 있으며, 일렬로 배열되어 있는 복수개의 제2 반사판; 및 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면이 평면거울이 되도록 하는 제1 위치와 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면이 입사되는 입사광을 회절시키는 제2 위치 사이를 복수의 상기 제2 반사판이 이동하도록 정전기력을 사용하여 상기 복수의 제2 반사판을 각각 구동시키는 구동체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 광투과성 물질에 메탈층을 증착한 후 노광 현상에 의해 하부 전극층과 다수의 반사판을 형성하는 제 1 단계; 희생층을 증착하고 평탄화한 후에 식각하는 제 2 단계; 상기 희생층의 표면에 반사판 금속 박막을 증착하는 제 3 단계; 상기 제 2 단계에서 형성된 희생층을 제거하는 제 4 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이제, 도 10 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기의 사시도이다.
도면을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기는 유리 기판(1000)과, 유리기판(1000)에 부착되어 있는 다수의 반사판(1040a~1040c), 다수의 가변부(1010a~1010c)로 구성되어 있다.
유리 기판(1000)은 입사되는 빛을 투과할 수 있는 광투과성 물질로 하부로부터 입사되는 입사광과 입사광에 대한 반사광을 투과시킨다.
그리고, 유리 기판(1000)은 가변부(1010a~1010c)에 접하는 면에 다수의 분리된 반사판(1040a~1040c)이 구비되어 있으며 도면에서는 가변부(1010a~1010c)를 가로지르는 방향으로 즉 세로로 다수의 반사판(1040a~1040c)이 구비되어 있다.
또한, 유리 기판(1000)은 가변부(1010a~1010c)에 접하는 면에 그리고 분리된 반사판(1040a~1040c)의 양옆에 한쌍의 하부전극(1030a, 1030b)을 구비하고 있다.
여기에서 한쌍의 하부 전극(1030a, 1030b)을 그리고 그것도 반사판(1040a~1040c)의 양옆에 배치하는 것은 가변부(1010a~1010c)가 아래로 이동하게 되었을 때 중앙 부분이 평평하게 되도록 하는데 기여한다.
이러한 가변부(1010a~1010c)의 중앙 부분의 평평화는 전반적으로 광 제어에 있어서 여러 가지 유연성을 제공한다.
다음으로 반사판(1040a~1040c)를 살펴보면 반사판(1040a~1040c)은 반사판(1040a~1040c)의 폭에 해당하는 거리와 같게 또는 그보다 넓은 간격으로 일정한 간격을 가지며 정렬되어 있다.
여기에서는 세로 방향으로 다수 정렬되어 있지만 다른 실시예에서는 가로 방향으로 다수 정렬되어 있을 수 있다.
그리고, 가변부(1010a~1010c)는 리본 형상으로 양끝단은 유리 기판(1000)에부착되어 있으며 중앙 부분은 유리 기판(1000)으로부터 이격되어 위치하고 있으며 그렇게 함으로 구동 공간을 확보하고 있다.
도면에서 첫 번째 가변부(1010a)는 투명하게 표시함으로 유리 기판(1000)에 배치된 하부 전극(1030a, 1030b)과 반사판(1040a~1040c)의 배열 상태를 알 수 있도록 하였으나 실제는 투명하지 않으면 일반적으로 광투과성은 없다.
물론 광투과성 전극 물질을 사용하여 가변부(1010a~1010c)를 구현할 수 있으며 그렇게 되면 가변부(1010a~1010c)는 투명하게 된다.
가변부(1010a~1010c)의 하면 즉 유리 기판(1000)과 접하는 면은 반사면으로서 기능하며 입사되는 광을 반사시킬 수 있다.
그리고, 가변부(1010a~1010c)는 상부 전극으로도 기능하도록 전도성 물질로 이루어져 있으며, 이러한 점에서 종래 기술과 달리 이점이 있다.
도면에 도시된 바와 같이 가변부(1010a~1010c)와 하부 전극(1030a, 1030b)에 전압이 인가되면 가변부(1010a~1010c)는 아래로 구동되게 된다.
그리고, 가변부(1010a~1010c)와 하부 전극(1030a, 1030b)에 인가된 전압이 해제되면 복원력에 의해 위로 이동하게 된다.
한편, 입사광은 유리 기판(1000)의 하부에 입사하게 되며, 반사판(1040a~1040c)은 입사광을 반사하게 된다.
그리고, 반사판(1040a~1040c)의 사이의 간격을 통과한 입사광은 가변부(1010a~1010c)의 하면에서 반사하게 된다.
이때, 반사판(1040a~1040c)에 전압이 인가되면 정전기력에 의해 아래로 구동하게 되며 그 결과 λ/4의 홀수배가 되면 반사판(1040a~1040c)의 반사광과 가변부(1010a~1010c)의 반사광에 의해 회절광이 형성된다.
도 11a 및 도 11b는 도 10의 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기의 분해 사시도이다.
도 11a는 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기에서 가변부가 제거된 상태를 보여주는데 도면을 참조하면 유리 기판(1000)의 상부에 하부 전극층(1030a, 1030b)이 정렬되어 있으며, 중앙 부분에 다수의 반사판(1040a~1040c)이 정렬되어 있음을 알 수 있다.
도 11b는 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기에서 가변부를 분리하여 뒤집어 놓은 형상이다.
도면을 참조하면 가변부의 형상은 리본 모양이며 중앙 부분이 아래로 굴곡져 있음을 알 수 있다. 함몰부 부분은 반사면으로 입사광을 반사할 수 있다.
도 11c는 본 발명에 이용되는 유리 기판과 반사판의 다른 실시예에 따른 분해 사시도로서, 도면을 참조하면 유리 기판(1000)이 광투과성 전극으로 이루어져 있다. 따라서, 도 11a에서 볼 수 있는 양측의 전극은 불필요하다.
도 11d는 본 발명에 이용되는 유리 기판과 반사판의 또 다른 실시예에 따른 분해 사시도로서, 도면을 참조하면, 유리 기판(1000)에 부착되어 있는 좌측 하부 전극(1030a)과 우측 하부 전극(1030b)이 접속판(1030c)에 의해 전기적으로 연결되어 있다. 이렇게 하면, 좌측 하부 전극(1030a) 또는 우측 하부 전극(1030b)에 외부의 하부 전극 신호 라인을 연결하면 되기 때문에 설계의 확장성을 가진다.
도 11e는 본 발명에 이용되는 유리 기판과 반사판의 또 다른 실시예에 따른분해 사시도로서, 도면을 참조하면 유리 기판(1000)에 부착되어 있는 반사판(1040a~1040d)이 가변부(1010a~1010c)와 교차하는 방향으로 배열되어 있다. 따라서, 회절광이 형성되는 방향이 도 11a에 의한 경우와는 다르다. 즉, 도 11e의 경우에는 회절광이 도 11a와 수직한 방향으로 형성된다. 따라서, 도 11a에 의한 경우와는 다른 이용에 적합하다.
도 11f는 본 발명에 이용되는 유리기판과 반사판의 또 다른 실시예에 따른 분해 사시도로서, 도 11e와 비교하면 좌측 하부 전극(1030a)과 우측 하부 전극(1030b)이 접속판(1030c)에 의해 전기적인 접속을 유지하고 있다. 이렇게 하면, 좌측 하부 전극(1030a) 또는 우측 하부 전극(1030b)에 외부의 하부 전극 신호 라인을 연결하면 되기 때문에 설계의 확장성을 가진다.
도 11g는 본 발명에 이용되는 유리기판과 반사판의 또 다른 실시예에 따른 분해 사시도로서, 도 11e 및 도 11f와 비교하면 유리기판(1000)이 광투과성 전극으로 형성되어 있어 별도의 하부 전극이 불필요하다.
도 11h 는 본 발명의 일실시예에 따른 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기의 가변부와 반사판의 배열을 보여주는 절단면도이다.
도면을 참조하면, 반사판(1040a, 1040f)이 가변부(1010a~1010c)의 틈새를 막고 있음을 알 수 있다. 즉, 일예로 도면부호 1010a의 가변부와 도면부호 1010b의 가변부 사이의 틈새 아래에는 도면부호 1040c의 반사판이 놓여 있어 도면부호 1010a의 가변부와 도면부호 1010b의 가변부의 틈새를 통과하는 광이 도면부호 1040c의 반사판에서 반사된다. 따라서, 가변부(1010a~1010c)를 제작하는데 있어서틈새를 원하는 폭만큼 벌려 놓을 수 있다.
도 11h는 본 발명의 일실시예에 따른 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기의 가변부와 반사판의 다른 배열을 보여주는 절단면도이다.
도면을 참조하면, 반사판(1040a~1040f)은 가변부(1010a~1010c)의 아래에 놓여 있음을 알 수 있다. 즉, 도면부호 1040a, 1040b의 반사판은 도면부호 1010a의 가변부 아래 놓여 있고, 도면부호 1040c와 1040d의 반사판은 도면부호 1010b의 가변부 아래에 놓여 있으며, 도면부호 1040e와 1040f의 반사판은 도면부호 1010c의 가변부 아래에 놓여 있다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 일실시예에 따른 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 12a를 참조하면, 가변부(1010a)와 하부 전극층(1030a, 1030b)에 전압이 인가되지 않으면 입사광(1)은 반사판(1040a~1040c)과 가변부(1010a)의 하면 반사면이 λ/4 의 단차를 가지지 않게 되어 반사광(2)이 양 옆의 회절광보다 강하게 된다.
그리고, 도 12b를 참조하면, 가변부(1010a)와 하부 전극층(1030a, 1030b)에 전압이 인가되면 입사광(1')은 반사판(1040a~1040c)와 가변부(1010a)의 하면 반사면이 λ/4의 단차를 가지게 되어 양 옆의 회절광(2')이 반사광보다 강하게 되어 회절광을 얻을 수 있게 된다.
도 13a 내지 도 13j는 본 발명의 일실시예에 따른 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기의 제조방법의 공정도이다.
도 13a를 참조하면, 광투과성 물질인 일예로 유리 기판(1400)을 시작재료로 준비한다. 여기에서 유리 기판의 양면에 무반사 코팅을 할 수 있다.
도 13b를 참조하면, 유리 기판(1400)의 위에 하부 전극과 반사판으로 사용될 메탈, 일예로 Pt, Ta/Pt, Ni, Au, Al, RuO2 등을 0.01~3㎛ 범위에서 sputter 또는 evaporation 등의 방법으로 증착한다.
도 13c를 참조하면, 메탈층(1401) 위에 메탈층(1401)에서 하부 전극과 반사판을 남기고 식각하기 위한 포토 레지스트 필름(1402)을 증착하고 노광하여 페터닝한다.
도 13d를 참조하면, 메탈층(1401)에서 포토 레지스트 필름(1402)의 패터닝된 패턴에 따라 습식(스크린 프린팅, Sol-Gel coting 등) 및 건식 방법(스퍼터링, Evaporation, Vapor Deposition 등)으로 하부 전극층과 다수의 반사판을 형성하고 포토 레지스트 필름(1402)을 제거한다.
도 13e를 참조하면, 하부 전극과 반사판이 형성되어 있는 메탈층(1401)에 희생층으로 사용될 다결정 실리콘층(1403)을 PECVD 등의 방법등으로 형성하고, 도 13f를 참조하면 희생층을 평탄화켜 임의의 높이의 다결정 실리콘층(1403)를 형성시킨다.
도 13g를 참조하면, 임의의 높이의 다결정 실리콘층(1403)에 패터닝된 포터 레지스트 필름(미도시)를 증착하고 노광 및 식각하여 가변부의 하부 형상과 동일한 다결정 실리콘층(1403)을 형성한다.
도 13h를 참조하면, 노광 및 식각하여 형성된 가변부에 반사도가 높은 반사판 금속 박막(1405)를 증착하고, 그 위에 영률이 높은 W, Mo, Ta, Ti 등의 반사메랄을 구조체 금속박막(1406)으로 증착한다.
이후에, 도 13i를 참조하면, 다시한번, 노광하고 반사판 금속 박막(1405)와 구조체 금속 박막(1406)을 식각한다.
다음에, 도 13j를 참조하면, 유리 기판(1400)과 반사판 금속 박막(1405) 의 사이에 있는 희생층을 제거한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 상부 그레이팅의 폭이 갭의 폭보다 넓으면 공저시 갭의 폭에 대한 톨러런스(tolerance)가 많아지며 공정에 의한 갭 에지 부분의 반사면이 거칠더라도 광변조기의 동박 성능에 영향을 미치지 않는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른면 갭에 의한 회절 효율의 저하가 없도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상부 정적 그레이팅의 격자 주기는 매우 작게 만들 수 있으며 따라서 1개의 픽셀에 여러개의 서부 픽셀을 넣어 줄 수 있음으로 픽셀 이미지 콘트라스를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 하나의 마이크로 엑츄에이터로 한 픽셀을 콘트라스 하기 때문에 종래의 방식에 비하여 픽셀 내에서 더 나아가서는 픽셀 간의 빔 동일성이 종래의 방식에 비하여 개선될 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전압이 가해져서 정전력에 의해 움직이는 상기 이동 가능 반사판이 유전 물질이 아닌 금속으로 형성되어 전하가 계속 충전되어 정전력에 영향을 미치는 효과를 배제할 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 정전기 방식에 의해 가변형 회절 광변조기 및 그 제조 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 종래 기술의 정전기 방식 격자 광 변조기를 도시하는 도면.
도 2는 종래 기술의 정전기 방식 격자 광 변조기가 변형되지 않는 상태에서 입사광을 반사시키는 것을 도시하는 도면.
도 3은 종래 기술의 격자 광 변조기가 정전기력에 의해 변형된 상태에서 입사광을 회절시키는 것을 도시하는 도면.
도 4는 종래 기술의 정전기 방식 격자 광 변조기에 대한 이력곡선을 도시하는 도면.
도 5는 종래 개선된 기술에 따른 컬럼형 정전기 방식 회절격자 광 밸브의 측면도.
도 6은 종래 개선된 기술에 따른 단일 디스플레이 엘리먼트에 해당하는 6개의 가늘고 긴 엘리먼트를 포함하는 GLV(Grating Light Velve) 일부의 평면도.
도 7은 종래 개선된 기술에 따른 변형되지 않은 상태에서 입사광을 반사시키는 6개의 가늘고 긴 엘리먼트를 포함하는 GLV의 디스플레이 엘리먼트의 정면도.
도 8는 종래 개선된 기술에 따른 GLV의 정전기력에 의해 변형된 가늘고 긴 엘리먼트의 측면도.
도 9은 종래 개선된 기술에 따른 정전기력에 의해 변형된 상태에서 입사광을 회절시키는 6개의 가늘고 긴 엘리먼트를 교대로 가진 GLV의 디스플레이 엘리먼트의 정면도.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기의 사시도.
도 11a ~도 11g는 도 10의 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기의 분해 사시도.
도 11h는 본 발명의 일실시예에 따른 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기의 가변부와 반사판의 배열을 보여주는 절단면도이다.
도 11i는 본 발명의 일실시예에 따른 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기의 가변부와 반사판의 다른 배열을 보여주는 절단면도이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 일실시예에 따른 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기의 작동을 설명하기 위한 도면.
도 13a 내지 도 13j는 본 발명의 일실시예에 따른 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기의 제작방법을 설명하기 위한 공정도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1010, : 유리 기판 1010 : 가변부
1030 : 전극 1040 : 반사판
1400 : 기판 1401 : 메탈층
1402 : 포토 레지스트 1403 : 희생층
1405 : 반사판 금속 박막 1406 : 구조체 금속 박막

Claims (11)

  1. 빛을 투과하는 광투명판;
    상기 광투명판의 상부에 각각 부착되어 있고, 상기 광투명판 상부와 접촉되는 부분에 각각 제1 반사면을 가지고 있으며 일렬로 배열되어 있는 복수개의 제1 반사판;
    상기 제1 반사판과 간격을 두고 위쪽에 떨어져 있고, 하측에서 입사되는 입사광을 반사하는 제2 반사면을 각각 가지고 있으며, 일렬로 배열되어 있는 복수개의 제2 반사판; 및
    상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면이 평면거울이 되도록 하는 제1 위치와 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면이 입사되는 입사광을 회절시키는 제2 위치 사이를 복수의 상기 제2 반사판이 이동하도록 정전기력을 사용하여 상기 복수의 제2 반사판을 각각 구동시키는 구동체를 포함하여 이루어진 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동체는,
    상기 광투명판이 광투과성 전극 물질로 이루어져 하부 전극이 되고,
    상기 제2 반사판이 전극 물질로 이루어져 전압이 인가되면 상기 하부 전극과의 사이에 발생된 정전기력에 의해 상하 이동되는 상부 전극이 되는 것을 특징으로 하는 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동체는,
    상기 광투명판의 상면에 반사판의 양측단에 상기 제2 반사판과 교차되도록 부착되어 있는 한 쌍의 하부 전극; 및
    상기 제2 반사판이 전극 물질로 이루어져 전압이 인가되면 상기 한 쌍의 하부 전극과의 사이에 발생된 정전기력에 의해 상하 이동되는 상부 전극이 되는 것을 특징으로 하는 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광투명판의 상면의 일 끝단에 부착되어 있으며, 상기 한 쌍의 하부 전극을 전기적으로 접속시키는 접속판을 포함하여 이루어진 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 반사판과 상기 제2 반사판이 평행한 것을 특징으로 하는 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 반사판과 상기 제2 반사판이 교차된 것을 특징으로 하는 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 광투명판은 상기 제1 반사판의 비부착부가 상기 제2 반사판 아래에 위치하도록 배치된 것을 특징으로 하는 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기.
  8. 광투과성 물질에 메탈층을 증착한 후 노광 현상에 의해 하부 전극층과 다수의 반사판을 형성하는 제 1 단계;
    희생층을 증착하고 평탄화한 후에 식각하는 제 2 단계;
    상기 희생층의 표면에 반사판 금속 박막을 증착하는 제 3 단계; 및
    상기 제 2 단계에서 형성된 희생층을 제거하는 제 4 단계를 포함하여 이루어진 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 단계의 광투과성 물질의 양면에 무반사 코팅을 하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 반사판 금속 박막 상에 반사성 메탈을 구조체 금속 박막에 증착하는 제 5 단계를 더 포함하여 이루어진 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기의 제조 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 반사판 금속 박막 상에 반사성 메탈을 구조체 금속 박막에 증착하는 제 5 단계를 더 포함하여 이루어진 정전기 방식의 가변형 회절 광변조기의 제조 방법.
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