KR20050118105A - 오픈홀 기반의 회절 광변조기 - Google Patents

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KR20050118105A
KR20050118105A KR1020050000907A KR20050000907A KR20050118105A KR 20050118105 A KR20050118105 A KR 20050118105A KR 1020050000907 A KR1020050000907 A KR 1020050000907A KR 20050000907 A KR20050000907 A KR 20050000907A KR 20050118105 A KR20050118105 A KR 20050118105A
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Abstract

본 발명은 회절형 광변조기에 관한 것으로서, 특히 실리콘 기판에 하부 마이크로 미러를 적층하여 구비하고 실리콘 기판으로부터 이격되어 위치한 상부 마이크로 미러에 다수의 오픈 홀을 구비하여 상부 마이크로 미러와 실리콘 기판에 증착된 하부 마이크로 미러가 화소를 형성할 수 있도록 하는 오픈홀 기반의 회절 광변조기에 관한 것이다.

Description

오픈홀 기반의 회절 광변조기{Open-hole based diffractive optical modulator}
본 발명의 회절 광변조기에 관한 것으로서, 특히 실리콘 기판에 하부 마이크로 미러를 구비하고 실리콘 기판으로부터 이격된 위치에 오픈 홀을 구비한 상부 마이크로 미러를 구비하여 상하부 마이크로 미러가 화소를 형성할 수 있도록 하는 오픈홀 기반의 회절 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 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.
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.
이러한 문제점을 해결하기 위한 국내 특허출원번호 제 P2003-077389호에는 "박막 압전 광변조기 및 그 제조방법"이 개시되어 있다.
도 4는 종래 기술에 따른 함몰형 박막 압전 광변조기의 절단면도이다.
도면을 참조하면, 종래 기술에 따른 함몰형 박막 압전 광변조기는 실리콘 기판(401)과, 엘리멘트(410)를 구비하고 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
그리고, 국내 특허출원번호 제 P2003-077389호에는 위에서 설명한 함몰형외에서 돌출형에 대하여 상세하게 설명하고 있다.
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.
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.
그리고, 이러한 엘리멘트를 이용한 회절화소 구성에는 최소 2개 이상의 엘리멘트가 필요하기에 소자의 소형화에는 한계가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 특허출원번호 P2004-29925의 "하이브리드 광변조기"에는 마이크로 미러층에 복수의 요철을 형성하여 소형화가 가능하도록 한 광변조기가 개시되어 있다.
개시된 하이브리드 광변조기에는 입사되는 빛을 반사하여 회절시키기 위한 마이크로 미러층의 상부에 복수의 요철부를 가지고 있다. 복수의 요철부는 각각 사각기둥 형상(막대 형상)이고, 엘리멘트의 함몰부를 가로지르는 가로변을 따라 일정한 간격으로(일예로 요철부의 폭과 같은 간격) 이격되게 정렬되어 있다.
그리고, 각각의 요철부는 엘리멘트의 마이크로 미러층의 상부에 하면이 부착되어 있는 요철 지지대와 그의 상부에 적층되어 있으며 입사되는 빛을 반사하여 회절시키는 요철 미러층으로 구성되어 있다.
이때, 복수의 요철부중 하나의 요철부의 요철미러층과 요철부 사이의 엘리멘트의 마이크로 미러층는 하나의 화소를 구성한다.
그러나, 이와 같은 요철부를 구비한 하이브리드 광변조기를 제작하는데 있어서 마이크로 미러층 위에 별도로 요철부를 생성하는 공정이 필요하여 공정상의 추가 비용 발생이 예상된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실리콘 기판에 하부 마이크로 미러를 구비하고 상부 마이크로 미러에 오픈홀을 구비하여 상하부 마이크로 미러가 화소를 형성할 수 있도록 하는 오픈홀 기반의 회절 광변조기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판; 상기 기판의 표면의 일부분에 적층되어 있으며, 입사되는 빛을 반사하여 회절시키는 하부 마이크로 미러층; 리본 형상을 하고 있으며, 중앙 부분이 상기 하부 마이크로 미러층에 이격되어 부유하고 있고, 양끝단의 하면이 각각 상기 기판에 부착되어 있으며, 상기 하부 마이크로 미러층으로부터 이격된 부분에 오픈홀이 구비되어 있으며, 상기 하부 마이크로 미러층과 단차에 의해 입사광을 반사 또는 회절시키는 상부 마이크로 미러층; 및 상기 상부 마이크로 미러층의 오픈홀이 형성된 중앙 부분을 상하로 이동시키는 구동 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 함몰부가 형성되어 있는 기판; 리본 형상으로 상기 기판에 형성된 함몰부의 중간 깊이의 공중에 부유하도록 양끝단이 측벽에 고정되어 있으며, 중앙 부분이 상하 이동 가능하고, 입사되는 광을 반사 또는 회절시키는 하부 마이크로 미러층; 및 리본 형상으로 상기 하부 마이크로 미러층과 대응되어 위치하고 있으며, 양끝단이 상기 기판의 함몰부를 벗어난 지역에 부착되어 있고, 오픈홀을 구비하여 입사광을 상기 하부 마이크로 미러층으로 통과시키며, 상기 하부 마이크로 미러층과의 단차에 의해 입사되는 입사광을 반사 또는 회절시키는 상부 마이크로 미러층; 및 상기 하부 마이크로 미러층을 상하 이동시키는 구동수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 도 5a 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 절단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기는 실리콘 기판(501a)과, 절연층(502a), 하부 마이크로 미러(503a)와, 엘리멘트(510a)로 구성되어 있다. 여기에서, 절연층과 하부 마이크로 미러를 별개의 층으로 구성하였지만 절연층에 광을 반사하는 성질이 있다면 절연층 자체가 하부 마이크로 미러로서 기능하도록 할 수 있다.
실리콘 기판(501a)은 엘리멘트(510a)에 에어 스페이스를 제공하기 위하여 함몰부를 구비하고 있으며, 절연층(502a)가 적층되어 있으며, 하부 마이크로 미러(503a)가 상부에 증착되어 있고, 함몰부를 벗어난 양측에 엘리멘트(510a)의 하면이 부착되어 있다. 실리콘 기판(501a)을 구성하는 물질로는 Si, Al2O3, ZrO2, Quartz, SiO2 등의 단일물질이 사용되며, 바닥면과 위층(도면에서 점선으로 표시됨)을 다른 이종의 물질을 사용하여 형성할 수도 있다.
하부 마이크로 미러(503a)는 실리콘 기판(501a)의 상부에 증착되어 있으며, 입사하는 빛을 반사하여 회절시킨다. 하부 마이크로 미러(503a)에 사용되는 물질로는 메탈(Al, Pt, Cr, Ag 등)이 사용될 수 있다.
엘리멘트(510a)는 리본 형상을 하고 있으며 중앙부분이 실리콘 기판(501a)의 함몰부에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 실리콘 기판(501a)의 함몰부를 벗어난 양측지역에 부착되어 있는 하부 지지대(511a)를 구비하고 있다.
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. 이러한 하부 지지대(511a)는 필요에 따라 생략할 수 있다.
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.
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.
한편, 하부 지지대(511a)의 중앙 부분에는 상부 마이크로 미러(530a)가 증착되어 있으며 복수의 오픈홀(531a1~531a3)을 구비하고 있다. 여기에서 오픈홀(531a1~531a3)의 모양은 직사각형이 바람직하지만 원형, 타원형 등 어떤 폐곡선의 형상도 가능하다. 그리고 여기에서 하부 지지대를 광반사성 물질로 형성한다면 별도로 상부 마이크로 미러를 증착할 필요가 없으며 하부 지지개가 상부 마이크로 미러로 기능하도록 할 수 있다.
이러한 오픈홀(531a1~531a3)은 엘리멘트(510a)에 입사되는 입사광이 관통하여 오픈홀(531a1~531a3)이 형성된 부분에 대응하는 하부 마이크로 미러(503a)에 입사광이 입사되도록 하며, 이렇게 하여 하부 마이크로 미러(503a)와 상부 마이크로 미러(530a)가 화소를 형성할 수 있도록 한다.
즉, 일예로 오픈홀(531a1~531a3)이 형성된 상부 마이크로 미러(530a)의 (A) 부분과 하부 마이크로 미러(503a)의 (B) 부분이 하나의 화소를 형성할 수 있다.
이때, 상부 마이크로 미러(530a)의 오픈홀(531a1~531a3)이 형성된 부분을 관통하여 입사되는 입사광은 하부 마이크로 미러(503a)의 해당 부분에 입사할 수 있으며 상부 마이크로 미러(530a)와 하부 마이크로 미러(503a)의 간격이 λ/4의 홀수배가 될 때 최대의 회절광을 발생시킨다.
도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 절단면도로서, 실리콘 기판(501b)과 하부 마이크로 미러(503b)와 엘리멘트(510b)로 구성되어 있다.
도 5b의 제2 실시예가 도 5a의 제1 실시예와 다른점은 오픈홀(531b1~531b3)의 방향이 가로 방향에 따라 정렬되어 있는 것이 아니라 세로 방향에 따라 정렬되어 있다는 점이다. 그외 구조는 도 5a와 동일하다.
도 5c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 절단면도이다.
도면을 참조하면, 제 3 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기는 제1 및 제2 실시예의 오픈홀 기반의 회절 광변조기와 달리 엘리멘트(510c)의 하부지지대(511c)가 실리콘 기판(501c)으로부터 돌출되어 에어 스페이스를 제공하며, 그 결과 엘리멘트(510c)는 상하로 이동가능하다.
즉, 엘리멘트(510c)는 입사되는 빛을 반사하여 회절시키기 위한 마이크로 미러(530c)을 가지며 실리콘 기판(501c)의 돌출부에 부유하여 상하로 이동가능하다. 여기에서 하부 지지대가 광반사성을 가지고 있다면 별도의 마이크로 미러를 형성하지 않고 하부 지지대가 마이크로 미러의 역할을 수행하도록 구현할 수 있다.
엘리멘트(510c)의 하부지지대(511c)는 엘리멘트(510c)에 에어 스페이스를 제공하기 위하여 돌출되어 있으며, 양측의 단부가 실리콘 기판(501c)에 부착되어 있다.
그리고, 실리콘 기판(501c)의 절연층(502c), 마이크로 미러(503c)가 증착되어 있으며, 마이크로 미러(503c)는 입사되는 빛을 반사하여 회절시킨다. 여기에서 절연층의 광반사성을 가지고 있다면 별도의 마이크로 미러를 증착할 필요없이 절연층이 마이크로 미러의 역할을 하도록 할 수 있다.
엘리멘트(510c)는 리본 형상을 하고 있으며 중앙부분이 실리콘 기판(501c)으로부터 돌출하여 이격되어 위치하고 양끝단의 하면이 각각 실리콘 기판(501c)에 부착되어 있다.
엘리멘트(510c)의 상부의 좌우측에는 압전층(520c, 520c')이 적층되어 있으며, 압전층(520c, 520c')은 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(521c, 521c')와, 하부전극층(521c, 521c')에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(522c, 522c')와, 압전 재료층(522c, 522c')에 적층되어 있으며 압전재료층(522c, 522c')에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(523c, 523c')을 포함하고 있다.
엘리멘트(510c)는 상부전극층(523c, 523c')와 하부전극층(521c, 521c')에 전압이 인가되는 경우에 위로 업되어 입사되는 빛을 반사하여 회절시킬 수 있다.
하부 지지대(511c)의 압전층(520c, 520c')이 제거된 중앙 부분에는 상부 마이크로 미러(530c)가 증착되어 있으며, 오픈홀((531c1~531c3))이 구비되어 있음을 알 수 있다. 여기에서 오픈홀(531c1~531c3)의 모양은 직사각형이 바람직하지만 원형 타원형 등 어떤 폐곡선의 형상도 가능하다.
이러한 오픈홀(531c1~531c3)은 오픈홀(531c1~531c3)이 형성된 부분에 대응하는 하부 마이크로 미러(503c)로 하여금 상부 마이크로 미러(530c)의 해당 부분에 인접한 부분과 함께 화소를 형성할 수 있도록 한다.
즉, 일예로 오픈홀(531c1~531c3)이 형성된 상부 마이크로 미러(530c)의 (A) 부분과 하부 마이크로 미러(503c)의 (B) 부분이 하나의 화소를 형성할 수 있도록 한다.
이때, 상부 마이크로 미러(530c)의 오픈홀(531c1~531c3)이 형성된 부분을 관통하여 입사광은 하부 마이크로 미러(503c)의 해당 부분에 입사할 수 있으며 상부 마이크로 미러(530c)와 하부 마이크로 미러(503c)가 λ/4의 홀수배가 될 때 최대의 회절광을 발생시킴을 알 수 있다.
도 5d는 본 발명의 제4 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 절단면도이다.
도면을 참조하면, 제 4 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기는 제3 실시예의 오픈홀 기반의 회절 광변조기와 달리 오픈홀이 세로 방향으로 정렬되어 있다는 점이다. 그외의 구조는 도 5c와 동일하다.
도 5e는 본 발명의 제5 실시예에 따른 오픈홀이 구비된 회절 광변조기의 절단면도이다. 도면을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 오픈홀이 구비된 회절 광변조기는 실리콘기판(501e)과, 실리콘 기판에 적층된 하부 마이크로 미러(503e), 상부 마이크로 미러층(510e)으로 구성되어 있다.
여기에서 하부 마이크로 미러(503e)는 하부 전극으로서도 기능을 수행하며, 입사되는 빛을 반사하여 회절시킨다.
상부 마이크로 미러(510e)는 오픈홀(511e1~511e3)을 구비하고 있으며, 여기에서 오픈홀(511e1~511e3)의 모양은 직사각형이 바람직하지만 원형 타원형 등 어떤 폐곡선의 형상도 가능하다.
이러한 오픈홀(511e1~511e3)은 오픈홀(511e1~511e3)이 형성된 부분에 대응하는 하부 마이크로 미러(503e)로 하여금 상부 마이크로 미러(510e)의 해당 부분에 인접한 부분과 함께 화소를 형성할 수 있도록 한다.
즉, 일예로 오픈홀이 형성된 상부 마이크로 미러(510e)의 (A) 부분과 하부 마이크로 미러(503e)의 (B) 부분이 하나의 화소를 형성할 수 있도록 한다.
이때, 상부 마이크로 미러(510e)의 오픈홀(511e1~511e3)이 형성된 부분을 관통하여 입사광은 하부 마이크로 미러(503e)의 해당 부분에 입사할 수 있으며 상부 마이크로 미러(510e)와 하부 마이크로 미러(503e)가 λ/4의 홀수배가 될 때 최대의 회절광을 발생시킴을 알 수 있다.
도 5f는 본 발명의 제6 실시예에 따른 오픈홀에 기반한 회절 광변조기의 절단면도이다.
도면을 참조하면 제6 실시예에 따른 오픈홀에 기반한 회절 광변조기는 제5 실시예의 오픈홀에 기반한 회절 광변조기와 달리 오픈홀의 정렬이 세로 방향인 점에 있다. 그외 구조는 도 5e와 동일하다. 한편, 본 발명의 제1 내지 제 4 실시예를 압전 재료층을 이용하여 상하 구동력을 발생하고 있고, 제 5 및 제 6 실시예는 정전기력을 이용하여 상하 구동력을 발생하고 있는데, 이외에 전자기력에 의해 상하 구동력을 발생시킬 수 있다.
도 5g는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 오픈홀에 기반한 회절 광변조기의 절단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 오픈홀에 기반한 회절 광변조기는 실리콘 기판(501g)과, 실리콘 기판(501g)의 함몰부의 중간 부분에 형성되어 있는 하부 마이크로 미러(510g)와, 실리콘 기판(501g)의 표면을 가로지르는 상부 마이크로 미러(520g)로 구성되어 있다. 하부 마이크로 미러(510g)는 입사되는 입사광을 반사하여 회절시키기도 하지만 상부 전극으로도 사용된다.
실리콘 기판(501g)의 함몰부의 바닥에는 하부 전극층(503g)이 적층되어 있으며, 중간 부분에 위치한 하부 마이크로 미러(상부 전극)(510g)과 함께 정전기력에 의한 하부 마이크로 미러(510g)의 상하 구동력을 제공한다.
즉, 하부 전극(503g)과 하부 마이크로 미러(510g)에 전압이 인가되면 하부 전극(503g)과 하부 마이크로 미러(510g)는 정전기력에 의해 밀착되어 아래로 다운되는 구동력을 발생시키고 전압이 인가되지 않으면 다시 복원되는 복원력에 의해 상부 구동력을 발생시킨다.
한편, 상부 마이크로 미러(520g)에는 오픈홀(521g1~521g3)이 구비되어 있는데 구비되어 있으며, 여기에서 오픈홀(521g1~521g3)의 모양은 직사각형이 바람직하지만 원형 타원형 등 어떤 폐곡선의 형상도 가능하다.
이러한 오픈홀(521g1~521g3)은 오픈홀(521g1~521g3)이 형성된 부분에 대응하는 하부 마이크로 미러(510g)로 하여금 상부 마이크로 미러(520g)의 해당 부분에 인접한 부분과 함께 화소를 형성할 수 있도록 한다.
즉, 일예로 오픈홀(521g1~521g3)이 형성된 상부 마이크로 미러(520g)의 (A) 부분과 하부 마이크로 미러의 (B) 부분이 하나의 화소를 형성할 수 있도록 한다.
이때, 상부 마이크로 미러(520g)의 오픈홀이 형성된 부분을 관통하여 입사광은 하부 마이크로 미러(510g)의 해당 부분에 입사할 수 있으며 상부 마이크로 미러(520g)와 하부 마이크로 미러(520g)가 λ/4의 홀수배가 될 때 최대의 회절광을 발생시킴을 알 수 있다.
도 5h는 본 발명의 제 8 실시예에 따른 오픈홀에 기반한 광변조기로서 제 7 실시예와 다른 점은 정렬방향이 세로방향이라는 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 오픈홀에 기반한 광변조기의 1D 어레이의 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 오픈홀에 기반한 광변조기의 1D어레이는 좌우 방향으로 복수개의 마이크로 미러(610a~610n)가 펼쳐져 있어 입사하는 여러가지 입사광에 대하여 회절광을 제공한다. 한편, 여기에서는 정전기력에 의한 하부 마이크로 미러층의 상하 구동에 대하여 설명하였지만 그외 압전 방식에 의한 구동과 전자기력에 의한 구동도 가능하다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 오픈홀에 기반한 광변조기의 2D 어레이의 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 오픈홀에 기반한 광변조기의 2D 어레이는 상하좌우로 본 발명의 실시예에 따른 오픈홀에 기반한 광변조기(710a1~710nn)가 펼쳐저 있다.
한편, 본 명세서에서는 압전 재료층은 단층인 경우를 주로 설명하였지만 압전 재료층이 여러층으로 적층된 다층형도 가능하다.
상기와 같은 본 발명은, 추가적인 공정없이 하나의 마이크로 미러에 의해 용이하게 회절광을 제공하는 광변조기를 제작할 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 오픈홀에 기반한 회절 광변조기를 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 기술에 압전 재료를 가지고 있는 함몰부를 가진 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 측면도.
도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 절단면도.
도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 절단면도.
도 5c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 절단면도.
도 5d는 본 발명이 제4 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 절단면도.
도 5e는 본 발명의 제5 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 절단면도.
도 5f는 본 발명의 제6 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 절단면도.
도 5g는 본 발명의 제7 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 절단면도.
도 5h는 본 발명의 제8 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 절단면도.
도 6은 본 발명에 따른 오픈홀 기반의 마이크로 미러의 1D 어레이를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 오픈홀 기반의 마이크로 미러의 2D 어레이를 나타내는 도면이다.

Claims (16)

  1. 기판;
    상기 기판의 표면의 일부분에 적층되어 있으며, 입사되는 빛을 반사하여 회절시키는 하부 마이크로 미러층;
    리본 형상을 하고 있으며, 중앙 부분이 상기 하부 마이크로 미러층에 이격되어 부유하고, 양끝단의 하면이 각각 상기 기판의 상면에 부착되어 있으며, 상기 하부 마이크로 미러층으로부터 이격된 부분에 오픈홀이 구비되어 있고, 상기 하부 마이크로 미러층과 형성된 단차에 의해 입사광을 반사 또는 회절시키는 상부 마이크로 미러층; 및
    상기 상부 마이크로 미러층의 오픈홀이 형성된 중앙 부분을 상하로 이동시키는 구동 수단을 포함하여 이루어진 오픈홀에 기반한 회절 광변조기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 수단은 상기 상부 마이크로 미러층과 상기 하부 마이크로 미러층이 평면거울이 되도록 하는 제1 위치와 상기 상부 마이크로 미러층과 상기 하부 마이크로 미러층이 입사되는 입사광을 회절시키는 제2 위치 사이를 상기 상부 마이크로 미러층이 이동하도록 상기 상부 마이크로 미러층을 구동시키는 것을 특징으로 하는 오픈홀에 기반한 회절 광변조기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 에어 스페이스를 제공하기 위한 함몰부를 가지며;
    상기 하부 마이크로 미러층은 상기 기판의 함몰부의 바닥에 적층되어 있고;
    상기 상부 마이크로 미러층은 중앙 부분이 상기 기판의 함몰부로부터 이격되어 부유하여 구동 공간을 확보하는 것을 특징으로 하는 오픈홀에 기반한 회절 광변조기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 표면이 평평하고;
    상기 상부 마이크로 미러층은 중앙 부분이 상기 하부 마이크로 미러층으로부터 이격되어 부유하여 구동 공간을 확보하는 것을 특징으로 하는 오픈홀에 기반한 회절 광변조기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 마이크로 미러층은 상기 기판을 가로지르는 방향과 동일한 방향으로 정렬되어 있는 복수의 오픈홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈홀에 기반한 회절 광변조기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 마이크로 미러층은 상기 상부 마이크로 미러층이 상기 기판을 가로지는 방향과 직각 방향에 정렬되어 있는 복수의 오픈홀을 포함하는 것읕 특징으로 하는 오픈홀에 기반한 회절 광변조기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 수단은,
    한쪽 끝단이 상기 상부 마이크로 미러층의 좌측 끝단에 위치하고, 다른쪽 끝단이 상기 상부 마이크로 미러층의 중앙 부위로부터 좌측으로 이격되어 위치하며, 박막의 압전재료층을 포함하여 상기 압전 재료층의 양측에 전압이 인가되면 수축 및 팽창에 의해 상하 구동력을 제공하는 제 1 압전층; 및
    한쪽 끝단이 상기 상부 마이크로 미러층의 우측 끝단에 위치하고, 다른쪽 끝단이 상기 상부 마이크로 미러층의 중앙 부위로부터 우측으로 이격되어 위치하며, 박막의 압전재료층을 포함하여 상기 압전 재료층의 양측에 전압이 인가되면 수축 및 팽창에 의해 상하 구동력을 제공하는 제 2 압전층을 포함하여 이루어진 오픈홀에 기반한 회절 광변조기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 압전층은,
    상기 하부 마이크로 미러층이 하부 전극이 되고;
    한쪽 끝단이 상기 하부 마이크로 미러층의 좌측 끝단에 위치하고, 다른쪽 끝단이 상기 하부 마이크로 미러층의 중앙 부위로부터 좌측으로 이격되어 위치하며, 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창 구동력을 발생시키는 제 1 압전 재료층; 및
    상기 제 1 압전 재료층위에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 제 1 상부 전극층을 포함하며,
    상기 제 2 압전층은,
    상기 하부 마이크로 미러층이 하부 전극이 되고;
    한쪽 끝단이 상기 하부 마이크로 미러층의 우측 끝단에 위치하고, 다른쪽 끝단이 상기 하부 마이크로 미러층의 중앙 부위로부터 우측으로 이격되어 위치하며, 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창 구동력을 발생시키는 제 2 압전 재료층; 및
    상기 제 2 압전 재료층위에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 제2 상부 전극층을 포함하여 이루어진 오픈홀 기반의 회절형 광변조기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 압전층은,
    상기 하부 마이크로 미러층이 하부 전극이 되고;
    한쪽 끝단이 상기 하부 마이크로 미러층의 좌측 끝단에 위치하고, 다른쪽 끝단이 상기 하부 마이크로 미러층의 중앙 부위로부터 좌측으로 이격되어 위치하며, 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창 구동력을 발생시키는 복수의 제 1 압전 재료층;
    상기 복수의 제 1 압전 재료층 사이에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 복수의 제1 상부 전극층; 및
    상기 복수의 제1 압전 재료층의 최상측 위에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 제2 상부 전극층을 포함하며,
    상기 제 2 압전층은,
    상기 하부 마이크로 미러층이 하부 전극이 되고;
    한쪽 끝단이 상기 하부 마이크로 미러층의 우측 끝단에 위치하고, 다른쪽 끝단이 상기 하부 마이크로 미러층의 중앙 부위로부터 우측으로 이격되어 위치하며, 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창 구동력을 발생시키는 복수의 제 2 압전 재료층;
    상기 복수의 제 2 압전 재료층 사이에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 복수의 제3 상부 전극층; 및
    상기 복수의 제2 압전 재료층의 최상측 위에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 제4 상부 전극층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 오픈홀 기반의 회절형 광변조기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 수단은,
    상기 상부 마이크로 미러층을 상부 전극으로 하고;
    상기 하부 마이크로 미러층을 하부 전극으로 하며, 상기 상부 마이크로 미러층과 상기 하부마이크로 미러층 사이에 형성된 정전기력에 의해 상기 상부 마이크로 미러층이 상하 이동되는 것을 특징으로 하는 오픈홀에 기반한 회절 광변조기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 수단은,
    상기 상부 마이크로 미러층을 전자기력을 이용하여 상하 구동시키는 전자기력 구동수단인 것을 특징으로 하는 오픈홀에 기반한 회절 광변조기.
  12. 함몰부가 형성되어 있는 기판;
    리본 형상으로 상기 기판에 형성된 함몰부의 중간 깊이의 공중에 부유하도록 양끝단이 측벽에 고정되어 있으며, 중앙 부분이 상하 이동 가능하고, 입사되는 광을 반사 또는 회절시키는 하부 마이크로 미러층; 및
    리본 형상으로 상기 하부 마이크로 미러층과 대응되어 위치하고 있으며, 양끝단이 상기 기판의 함몰부를 벗어난 지역에 부착되어 있고, 오픈홀을 구비하여 입사광을 상기 하부 마이크로 미러층으로 통과시키며, 상기 하부 마이크로 미러층과의 단차에 의해 입사되는 입사광을 반사 또는 회절시키는 상부 마이크로 미러층; 및
    상기 하부 마이크로 미러층을 상하 이동시키는 구동수단을 포함하여 이루어진 오픈홀에 기반한 회절 광변조기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 구동 수단은 상기 상부 마이크로 미러층과 상기 하부 마이크로 미러층이 평면거울이 되도록 하는 제1 위치와 상기 상부 마이크로 미러층과 상기 하부 마이크로 미러층이 입사되는 입사광을 회절시키는 제2 위치 사이를 상기 하부 마이크로 미러층이 이동하도록 상기 하부 마이크로 미러층을 구동시키는 것을 특징으로 하는 오픈홀에 기반한 회절 광변조기.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 구동 수단은,
    상기 함몰부의 바닥에 적층되어 있는 하부 전극층; 및
    상기 하부 마이크로 미러층을 상부 전극으로 하여 상기 마이크로 미러층에 전압이 인가되면 상기 하부 전극층과 상기 하부 마이크로 미러층간에 정전기력이 발생하여 상기 하부 마이크로 미러층이 이동하는 것을 특징으로 하는 오픈홀에 기반한 회절 광변조기.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 상부 마이크로 미러층은 상기 기판을 가로지르는 방향과 동일한 방향으로 정렬되어 있는 복수의 오픈홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈홀에 기반한 회절 광변조기.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 상부 마이크로 미러층은 상기 기판을 가로지는 방향과 직각 방향에 정렬되어 있는 복수의 오픈홀을 포함하는 것읕 특징으로 하는 오픈홀에 기반한 회절 광변조기.
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