KR20060047478A - 오픈홀 기반의 회절 광변조기 - Google Patents

오픈홀 기반의 회절 광변조기 Download PDF

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KR20060047478A
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Abstract

본 발명은 회절 광변조기에 관한 것으로서, 특히 기반 부재에 하부반사부를 형성하고 기반 부재로부터 이격되어 위치한 상부 마이크로 미러에 오픈 홀을 구비하여 한개의 리본 형상의 상부 마이크로 미러를 가진 엘리멘트로 1픽셀을 구현할 수 있는 오픈홀 기반의 회절 광변조기에 관한 것이다.
광변조기, 회절, 마이크로 미러, 마이크로 미러 어레이, 오픈홀

Description

오픈홀 기반의 회절 광변조기{Open-hole based diffractive optical modulator}
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 부분절단 사시도.
도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 부분 절단 사시도.
도 5c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 부분 절단 사시도.
도 5d는 본 발명의 제4 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 부분 절단 사시도.
도 5e는 본 발명의 제5 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 부분 절단 사시도.
도 5f는 본 발명이 제6 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 부분 절단 사시도.
도 5g는 본 발명의 제7 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 부분 절단 사시도.
도 5h는 본 발명의 제8 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 부분 절단 사시도.
도 5i는 본 발명의 제9 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 부분 절단 사시도.
도 5j는 본 발명의 제10 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 부분 절단 사시도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트 1D 어레이 구조를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트 2D 어레이 구조를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기를 이용한 디스플레이 시스템의 구성도.
도 9a은 본 발명의 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트 1D 어레이의 상부 마이크로 미러에 입사광이 비스듬히 조명된 경우를 예시한 사시도이고, 도 9b은 본 발명의 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트 1D 어레이의 상부 마이크로 미러에 입사광이 수직으로 입사된 경우를 예시한 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
501a~501j : 기반 부재 502a, 502b, 502d~502j : 절연층
503a~503h, 510i, 510j : 하부 반사부
510a~510f : 엘리멘트 510g~510j : 상부 마이크로 미러
530a~530f : 상부 마이크로 미러
531a1~531a3, 531b1~531b3, 531c1~531c3, 531d1, 531d2, 531e1~531e3, 531f1, 531f2, 511g1~511g3, 511h1, 511h2, 531i1~531i3, 531j1, 531j2 : 오픈홀
540a~540f : 상부 반사부 802 : 디스플레이 광학계
804 : 디스플레이 전자계 806 : 광원
808 : 조명 광학계 810 : 오픈홀 기반의 회절광변조기
812 : 필터링 광학부 816 : 투영 및 스캐닝 광학부
본 발명은 회절 광변조기에 관한 것으로서, 특히 기반부재에 하부반사부를 형성하고 기반부재로부터 이격되어 위치한 상부 마이크로 미러에 오픈 홀을 구비하여 한개의 리본형상의 상부 마이크로 미러를 가진 엘리멘트로 1픽셀을 구현할 수 있는 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 유지되 도록 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 표시된 다.
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.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 최소 1개의 리본 엘리멘트를 사용하여 1픽셀을 구성할 수 있도록 하여 제품의 소형화가 가능한 회절 광변조기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기반 부재; 리본 형상을 하고 있으며, 중앙 부분은 상기 기반 부재와 공간을 가지도록 이격되어 위치하며, 양끝단의 하면이 상기 기반 부재에 고정되어 있으며 상면이 반사표면으로 형성되어 입사광을 반사하며, 오픈홀이 형성되어 입사광을 통과시키도록 구성된 상부 반사부; 상기 기반 부재의 상측에 위치하고, 상기 상부 반사부의 하측에 공간을 가지도록 이격되어 위치하며 상기 오픈홀을 통과하여 입사되는 광을 반사시키는 반사표면을 가지고 있는 하부 반사부; 및 상기 상부 반사부의 중앙부분을 상하로 움직여 상기 상부 반사부와 상기 하부 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 광양을 변화시키 는 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 기반 부재; 리본 형상을 하고 있으며, 중앙 부분은 상기 기반 부재와 공간을 가지도록 이격되어 위치하며, 양끝단의 하면이 상기 기반 부재에 고정되어 있으며 상면이 반사표면으로 형성되어 입사광을 반사하며, 오픈홀이 형성되어 입사광을 통과시키도록 구성되며, 서로 나란히 배열되어 어레이를 형성하는 복수의 상부 반사부; 상기 기반 부재의 상측에 위치하고, 상기 상부 반사부의 하측에 공간을 가지도록 이격되어 위치하며 상기 오픈홀을 통과하여 입사되는 광을 반사시키는 반사표면을 가지고 있는 하부 반사부; 및 해당하는 상기 상부 반사부의 중앙부분을 상하로 움직여 상기 상부 반사부와 상기 하부 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 광양을 변화시키는 복수의 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 함몰부가 형성되어 있는 기반 부재; 리본 형상으로 양끝단이 상기 기반 부재의 함몰부를 벗어난 지역에 부착되어 함몰부를 가로지르고 있으며, 오픈홀을 구비하여 입사광을 통과시키며, 상면이 반사표면으로 형성되어 입사광을 반사시키는 상부 반사부; 리본 형상으로 상기 기반 부재에 형성된 함몰부의 측벽에 양끝단이 고정되어 상기 상부 반사부와 평행하게 그리고 이격되어 위치하며 중앙 부분이 상하 이동 가능하고, 오픈홀을 통과하여 입사되는 광을 반사시키는 하부 반사부; 및 상기 하부 반사부를 상하 움직여 상기 상부 반사부와 상기 하부 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 양을 변화시키는 구동수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 함몰부가 형성되어 있는 기반 부재; 리본 형상으로 양끝단이 상기 기반 부재의 함몰부를 벗어난 지역에 부착되어 함몰부를 가로지르고 있으며, 오픈홀을 구비하여 입사광을 통과시키며, 상면이 반사표면으로 형성되어 입사광을 반사시키며, 서로 나란히 배열되어 어레이를 형성하는 복수의 상부 반사부; 리본 형상으로 상기 기반 부재에 형성된 함몰부의 측벽에 양끝단이 고정되어 해당하는 상기 상부 반사부와 평행하게 그리고 이격되어 위치하며 중앙 부분이 상하 이동 가능하고, 오픈홀을 통과하여 입사되는 광을 반사시키며, 서로 나란히 배열되어 어레이를 형성하는 하부 반사부; 및 해당하는 상기 하부 반사부를 상하 움직여 상기 상부 반사부와 상기 하부 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 양을 변화시키는 복수의 구동수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 광을 출사하는 광원; 기반 부재와, 리본 형상으로 중앙 부분이 공간을 형성하도록 상기 기반 부재에 양끝단이 고정되어 있으며 오픈홀이 구비하여 광을 통과하고 반사표면을 가지고 있어 입사광을 반사하며 서로 나란히 배열되어 어레이를 형성하는 복수의 상부 반사부와, 상기 기반 부재의 상측에 위치하고, 상기 상부 반사부의 하측에 공간을 가지도록 이격되어 위치하며 상기 오픈홀을 통과하여 입사되는 광을 반사시키는 반사표면을 가지고 있는 하부 반사부 및 해당하는 상기 상부 반사부의 중앙부분을 상하로 움직여 상기 상부 반사부와 상기 하부 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 광양을 변화시키는 복수의 구동 수단을 포함하여 입사광을 변조하여 회절광을 생성하는 오픈홀 기반의 회절 광변조기; 상기 광원으로부터 입사된 광을 상기 오픈홀 기반의 회절 광변조기에 광을 조사시키는 조명 광학부; 상기 오픈홀 기반의 회절 광변조기에서 변조된 회절광에서 원하는 차수회절광을 선택하여 통과시키는 필터링 광학부; 및 상기 필터링 광학부를 통과한 회절광을 스크린에 스캐닝을 수행하는 투영 및 스캐닝 광학부를 포함하여 이루어진 오픈홀 기반의 회절 광변조기를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 기판; 상기 기판의 상부에 적층되는 절연층; 상기 절연층의 양끝에 형성되며, 상부로 돌출되어 있는 희생층; 상기 절연층의 상부에 위치하며, 희생층 사이에 형성되어 입사광을 반사하는 반사표면을 가진 하부 반사부; 상기 희생층의 상부에 가로질러 걸쳐있고 오픈홀이 형성된 하부지지대; 상기 하부지지대의 중앙부분에 적층되고 상측은 반사표면으로 형성되어 입사광을 반사시키고, 상기 오픈홀에 대응되게 오픈홀이 형성되어 입사광을 통과시킬수 있는 상부 마이크로미러; 상기 하부지지대의 양측끝에 위치하고 압전재료층을 구비하여 전압이 인가되면 상기 압전재료층의 수축,팽창에 의해 상기 하부지지대의 중앙부분을 상하로 움직여 상기 상부 마이크로미러와 상기 하부 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 광양을 변화시키는 구동 수단을 포함하는 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 일부분을 절단한 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조 기는 기반 부재(501a)와, 절연층(502a), 하부 반사부(503a)와, 엘리멘트(510a)로 구성되어 있다. 여기에서, 절연층과 하부 반사부를 별개의 층으로 구성하였지만 절연층에 광을 반사하는 성질이 있다면 절연층 자체가 하부 반사부로서 기능하도록 할 수 있다. 또한, 여기에서는 기반 부재(501a)의 표면에 절연층(502a)을 형성하였지만 이러한 절연층이 반드시 필요한 것이 아니며 절연층(502a)을 형성하지 않고 바로 하부 반사부(503a)를 형성할 수 있다.
기반부재(501a)는 엘리멘트(510a)에 에어 스페이스를 제공하기 위하여 함몰부를 구비하고 있으며, 절연층(502a)이 적층되어 있고, 하부 반사부(503a)가 상부에 증착되어 있으며, 함몰부를 벗어난 양측에 엘리멘트(510a)의 하면이 부착되어 있다. 기반부재(501a)로는 실리콘 기판이 사용될 수 있으며 구성하는 물질로는 Si, Al2O3, ZrO2, Quartz, SiO2 등의 단일물질이 사용되며, 바닥면과 위층(도면에서 점선으로 표시됨)을 다른 이종의 물질을 사용하여 형성할 수도 있다. 그리고, 기반 부재(501a)는 유리 기판 등도 사용가능하다.
하부 반사부(503a)는 기반 부재(501a)의 상부에 형성되어 있으며, 입사하는 빛을 반사한다. 하부 반사부(503a)는 마이크로 미러가 사용될 수 있으며 사용되는 물질로는 메탈(Al, Pt, Cr, Ag 등)이 사용될 수 있다.
엘리멘트(510a)는 리본 형상을 하고 있으며 중앙부분이 기반 부재(501a)의 함몰부에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 기반 부재(501a)의 함몰부를 벗어난 양측지역에 부착되어 있는 하부 지지대(511a)를 구비하고 있다. 여기에서, 하부 지지대(511a)라는 명칭은 압전층(520a, 520a')의 하부에 위치하기 때문에 붙여진 이름이다.
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.
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 증착 되어 있으며 복수의 오픈홀(531a1~531a3)을 구비하고 있다. 여기에서 오픈홀(531a1~531a3)의 모양은 직사각형이 바람직하지만 원형, 타원형 등 어떤 폐곡선의 형상도 가능하다. 그리고, 하부 지지대(511a)와 상부 마이크로 미러(530a)를 포함하여 상부 반사부(540a)라고 부를 수 있다. 여기에서 하부 지지대를 광반사성 물질로 형성한다면 별도로 상부 마이크로 미러를 구비할 필요가 없이 하부 지지대만으로도 상부 반사부(540a)로 기능하도록 형성할 수 있다.
이러한 오픈홀(531a1~531a3)은 엘리멘트(510a)에 입사되는 입사광이 관통하여 오픈홀(531a1~531a3)이 형성된 부분에 대응하는 하부 반사부(503a)에 입사광이 입사되도록 하며, 이렇게 하여 하부 반사부(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 반사부(503a)의 (B) 부분이 하나의 화소를 형성할 수 있다.
다시말하면, 상부 마이크로 미러(530a)는 반사표면을 가지고 있어서 입사되는 광을 반사하여 반사광을 형성하고, 오픈홀을 통해서는 입사광을 통과시켜 하부 반사부(503a)로 입사시킨다. 그러면, 하부 반사부(503a)는 입사된 입사광을 반사시켜 반사광을 형성하게 되며, 이처럼 상부 마이크로 미러(530a)에서 반사된 반사광과 하부 반사부(503a)에서 반사된 반사광이 간섭을 일으켜 회절광을 형성하며, 그 회절광의 광양은 상부 마이크로 미러(530a)와 하부 반사부(503a)의 단차에 따라 변하게 된다.
이때, 상부 마이크로 미러(530a)의 오픈홀(531a1~531a3)이 형성된 부분을 관 통하여 입사되는 입사광은 하부 반사부(503a)의 해당 부분에 입사할 수 있으며 상부 마이크로 미러(530a)와 하부 반사부(503a)의 간격이 λ/4의 홀수배가 될 때 최대의 회절광을 발생시킨다. 그리고, 여기에서는 하나의 엘리멘트(510a)에 대해서만 도시되어 있지만 본 발명의 오픈홀 기반의 회절 광변조기는 다수의 서로 평행한 엘리멘트에 의해 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 오픈홀 기반의 회절 광변조기는 엘리멘트 어레이로 형성되며, 도 6 및 도 7이 이를 잘 도시하고 있다.
이러한 본 발명에 따른 엘리멘트 어레이를 이용하면, 종래 기술과 비교하여 적은수의 엘리멘트를 사용하여 원하는 화소의 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.
예를들어, 종래기술에서는 최소 2개의 리본형상 엘리먼트로 1개의 화소를 구현할 수 있다. 그리고, 이러한 종래 기술에서는 1개의 화소를 형성하는 리본형상 엘리멘트가 2개 일때 회절효율이 50%이하이기 때문에, 회절효율을 증가시키기 위해 4개나 6개의 엘리멘트로 1개의 화소를 구성한다. 이처럼, 4개이상의 엘리멘트로 1개의 화소를 구성하게 되면 회절효율이 70%이상이 되어 엘리멘트의 개수를 증가시켜서 원하는 최대 효율을 얻을 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에서는 한개의 엘리멘트(510a)의 상부에 형성된 상부 마이크로 미러(530a)에 오픈홀을 3개(530a1~530a3) 형성하여 입사광을 하부 반사부(503a)로 통과시키면 종래 기술의 6개의 엘리멘트로 1개의 화소를 구성하는 것과 동일한 회절효율을 얻을 수 있다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 상부 마이크로 미러(530a)의 제1 오픈홀(530a1)에 인접한 미러부분이 입사광을 반사하여 종래 기술의 하나의 리본 엘리멘트처럼 동작하며, 제1오픈홀(530a1)의 대응되는 아래쪽의 하부 반사부(503a)가 제1 오픈홀 (530a1)을 통과하여 입사되는 입사광을 반사하여 또 하나의 리본 엘리멘트처럼 동작하며, 상부 마이크로 미러(530a)의 제2 오픈홀(530a2)에 인접한 미러부분이 입사광을 반사하여 종래 기술의 또 하나의 리본 엘리멘트처럼 동작하며, 제2오픈홀(530a2)의 대응되는 아래쪽의 하부 반사부(503a)가 제2 오픈홀(530a2)를 통과하여 입사되는 입사광을 반사하여 또 하나의 리본 엘리멘트처럼 동작하며, 상부 마이크로 미러(530a)의 제3 오픈홀(530a3)에 인접한 미러부분이 입사광을 반사하여 종래 기술의 또 하나의 리본 엘리멘트처럼 동작하며, 제3오픈홀(530a3)의 대응되는 아래쪽의 하부 반사부(503a)가 제3 오픈홀(530a3)를 통과하여 입사되는 입사광을 반사하여 또 하나의 리본 엘리멘트처럼 동작하여, 이와 같이 3개의 오픈홀(530a1~530a3)를 가지고 있는 상부 마이크로 미러(530a)와 하부 반사부(503a)를 이용하면 종래 6개의 리본 엘리멘트를 사용하여 1픽셀을 형성할 때 얻을 수 있는 회절 효율을 1개의 리본 엘리멘트(510a)를 이용하여 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 오픈홀이 있는 리본 형상의 엘리멘트를 이용하면 1080 × 1의 리본 엘리멘트만으로 1080개의 화소를 형성할 수 있어 제작이 용이하고 생산성이 증가하며 소형의 크기로 소자를 제작할 수 있다.
도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 일부분을 절단한 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기는, 기반 부재(501b)과 하부 반사부(503b)와 엘리멘트(510b)로 구성되어 있다.
여기에서, 하부 반사부(503b)는 제1 실시예와 달리 다수의 하부 반사부 절편(503b1~503b3)으로 이루어져 있으며, 다수의 하부 반사부 절편(503b1~503b3)은 상부 마이크로 미러(530b)의 오픈홀(531a1~531a3)의 대응되는 절연층(502a)의 표면에 서로 분리되어 형성되어 있다. 그 외 구조는 도 5a와 동일하다.
도 5c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 일부분을 절단한 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기는, 산소 주입 분리법에 의한 절연층 매몰 실리콘 기판(SIMOX SOI; Separation by IMplanted OXygen Silicon-On-Insulator, 이하 줄여서 "절연층 매몰 실리콘 기판"이라고 한다)로 이루어진 기반 부재(501c)와, 하부 반사부(503c), 엘리멘트(510c)로 구성되어 있다.
그리고, 본 발명의 제3 실시예가 도 5a의 제1 실시예와 다른점은 기반 부재(501c)로 실리콘 기판을 사용하는 것이 아니라 절연층 매몰 실리콘 기판이 사용된다는 점이다. 그 제조 과정에 대해서는 잘 알려져 있기 때문에 여기에서 자세한 설명은 생략한다.
본 발명에 사용되는 절연층 매몰 실리콘 기판의 기반부재(501c)는 실리콘 기 판(501c1)과, 실리콘 기판에 산소이온이 주입되어 형성되는 산화실리콘 절연층(501c2)과, 실리콘 기판에 고농도의 산소를 주입하여 형성하는 실리콘 희생층(501c3)으로 구성되어 있다. 여기의 실리콘 희생층(501c3)은 엘리멘트(510c)가 상하로 이동할 수 있는 이동공간(에어 스페이스)을 확보할 수 있도록 상부 마이크로 미러(530a)의 아래에 위치한 부분이 식각되어 있다. 또한, 실리콘 희생층(501c3)은 압전층(520a, 520a')의 압전재료(522c, 522c')의 수축 팽창에 의한 상부 마이크로 미러(530a)가 구동되도록 압전층(520a, 520a')의 아래 부분이 일부 식각되어 있다. 그리고, 여기에서 산화 실리콘 절연층(501c2)은 실리콘 희생층(501c3)이 식각될 때 실리콘 기판(501c1)이 식각되지 않도록 보호하는 식각 방지층으로 볼 수 있다.
그리고, 본 발명의 제3 실시예가 제1 실시예와 다른점은 하부 반사부(503c)가 복수의 분리된 하부 반사부 절편(503c1~503c3)로 이루어져 있다는 점이며, 이점에 있어서는 제2 실시예와 동일하다.
또한, 본 발명의 제3 실시예가 제1 실시예와 다른점은 엘리멘트(510c)의 이동공간(에어 스페이스)을 실리콘 희생층(501c3)이 제공한다는 점이다. 즉, 본 발명의 제3 실시예에서는 실리콘 기판(501c1)에 별도의 함몰부가 필요하지 않다는 점이다. 이러면에서, 실리콘 희생층(501c3)은 엘리멘트(510c)에 이동공간을 제공하기 위해 엘리멘트(510c)를 지지하고 있는 지지부재로 볼 수 있다. 그리고, 본 발명의 제3 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 그외 구성과 동작은 제1 실시예와 동일하다.
도 5d는 본 발명의 제4 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 일부 분을 절단한 사시도로서, 실리콘 기판으로 이루어진 기반부재(501d)과 하부 반사부(503d)와 엘리멘트(510d)로 구성되어 있다.
도 5d의 제4 실시예가 도 5a의 제1 실시예와 다른점은 오픈홀(531d1~531d3)의 방향이 가로 방향에 따라 정렬되어 있는 것이 아니라 세로 방향에 따라 정렬되어 있다는 점이다. 그외 구조는 도 5a와 동일하다.
도 5e는 본 발명의 제5 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 일부분을 절단한 사시도이다.
도면을 참조하면, 제 5 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기는 제1 내지 제4 실시예의 오픈홀 기반의 회절 광변조기와 달리 엘리멘트(510e)의 하부지지대(511e)가 실리콘 기판의 기반부재(501e)으로부터 돌출되어 에어 스페이스를 제공하며, 그 결과 엘리멘트(510e)는 상하로 이동가능하다.
즉, 엘리멘트(510e)는 입사되는 빛을 반사하는 상부 마이크로 미러(530e)를 가지며 실리콘 기판으로 이루어진 기반부재(501e)의 돌출부에 부유하여 상하로 이동가능하다. 여기에서 하부 지지대가 광반사성을 가지고 있다면 별도의 상부 마이크로 미러를 형성하지 않고 하부 지지대가 상부 마이크로 미러의 역할을 수행하도록 구현할 수 있다.
엘리멘트(510e)의 하부지지대(511e)는 엘리멘트(510e)에 에어 스페이스를 제공하기 위하여 돌출되어 있으며, 양측의 단부가 기반 부재(501e)에 부착되어 있다.
그리고, 실리콘 기판으로 이루어진 기반부재(501e)에 절연층(502e)과 하부 반사부(503e)가 증착되어 있으며, 하부 반사부(503e)는 오픈홀을 통해서 입사되는 빛을 반사한다. 여기에서 절연층의 광반사성을 가지고 있다면 별도의 하부 반사부를 증착할 필요없이 절연층이 하부 반사부의 역할을 하도록 할 수 있다.
엘리멘트(510e)는 리본 형상을 하고 있으며 중앙부분이 기반부재(501e)으로부터 돌출하여 이격되어 위치하고 양끝단의 하면이 각각 기반부재(501e)에 부착되어 있다.
엘리멘트(510e)의 상부의 좌우측에는 압전층(520e, 520e')이 적층되어 있으며, 압전층(520e, 520e')은 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(521e, 521e')와, 하부전극층(521e, 521e')에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(522e, 522e')와, 압전 재료층(522e, 522e')에 적층되어 있으며 압전재료층(522e, 522e')에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(523e, 523e')을 포함하고 있다.
엘리멘트(510e)는 상부전극층(523e, 523e')과 하부전극층(521e, 521e')에 전압이 인가되는 경우에 위로 이동하여 입사되는 빛을 반사하여 반사광을 형성할 수 있다.
하부 지지대(511e)의 압전층(520e, 520e')이 없는 중앙 부분에는 상부 마이크로 미러(530e)가 증착되어 있으며, 오픈홀((531e1~531e3))이 구비되어 있음을 알 수 있다. 여기에서 오픈홀(531e1~531e3)의 모양은 직사각형이 바람직하지만 원형 타원형 등 어떤 폐곡선의 형상도 가능하다.
이러한 오픈홀(531e1~531e3)은 오픈홀(531e1~531e3)이 형성된 부분에 대응하는 하부 반사부(503e)로 하여금 상부 마이크로 미러(530e)의 해당 부분에 인접한 부분과 함께 화소를 형성할 수 있도록 한다.
즉, 일예로 오픈홀(531e1~531e3)이 형성된 상부 마이크로 미러(530e)의 (A) 부분과 하부 반사부(503e)의 (B) 부분이 하나의 화소를 형성할 수 있도록 한다.
이때, 상부 마이크로 미러(530e)의 오픈홀(531e1~531e3)이 형성된 부분을 관통하여 입사광은 하부 반사부(503e)의 해당 부분에 입사할 수 있으며 상부 마이크로 미러(530e)와 하부 반사부(503e)가 λ/4의 홀수배가 될 때 최대의 회절광을 발생시킴을 알 수 있다.
도 5f는 본 발명의 제6 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 일부분을 절단한 사시도이다.
도면을 참조하면, 제 6 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기는 제5 실시예의 오픈홀 기반의 회절 광변조기와 달리 오픈홀이 세로 방향으로 정렬되어 있다는 점이다. 그외의 구조는 도 5e와 동일하다.
도 5g는 본 발명의 제7 실시예에 따른 오픈홀이 구비된 회절 광변조기의 일부분을 절단한 사시도이다. 도면을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 오픈홀이 구비된 회절 광변조기는 실리콘기판으로 이루어진 기반부재(501g)과, 실리콘 기판에 적층된 하부 반사부(503g), 상부 마이크로 미러(510g)로 구성되어 있다.
여기에서 하부 반사부(503g)는 하부 전극으로서도 기능을 수행하며, 입사되는 빛을 반사하여 반사광을 형성할 수 있도록 한다.
상부 마이크로 미러(510g)는 오픈홀(511g1~511g3)을 구비하고 있으며, 여기에서 오픈홀(511g1~511g3)의 모양은 직사각형이 바람직하지만 원형 타원형 등 어떤 폐곡선의 형상도 가능하다.
이러한 오픈홀(511g1~511g3)은 오픈홀(511g1~511g3)이 형성된 부분에 대응하는 하부 반사부(503g)로 하여금 상부 마이크로 미러(510g)의 해당 부분에 인접한 부분과 함께 화소를 형성할 수 있도록 한다.
즉, 일예로 오픈홀이 형성된 상부 마이크로 미러(510g)의 (A) 부분과 하부 반사부(503g)의 (B) 부분이 하나의 화소를 형성할 수 있도록 한다.
이때, 상부 마이크로 미러(510g)의 오픈홀(511g1~511g3)이 형성된 부분을 관통하여 입사광은 하부 반사부(503g)의 해당 부분에 입사할 수 있으며 상부 마이크로 미러(510g)와 하부 반사부(503g)가 λ/4의 홀수배가 될 때 최대의 회절광을 발생시킴을 알 수 있다.
도 5h는 본 발명의 제8 실시예에 따른 오픈홀에 기반한 회절 광변조기의 일부분을 절단한 사시도이다.
도면을 참조하면 제8 실시예에 따른 오픈홀에 기반한 회절 광변조기는 제7 실시예의 오픈홀에 기반한 회절 광변조기와 달리 오픈홀의 정렬이 세로 방향인 점에 있다. 그외 구조는 도 5g와 동일하다. 한편, 본 발명의 제1 내지 제 6 실시예를 압전 재료층을 이용하여 상하 구동력을 발생하고 있고, 제 7 및 제 8 실시예는 정전기력을 이용하여 상하 구동력을 발생하고 있는데, 이외에 전자기력에 의해 상하 구동력을 발생시킬 수 있다.
한편, 제4 실시예 내지 제 8 실시예에서 하부 반사부가 하나의 미러층으로 형성되어 있으나 제2 실시예에서 볼 수 있는 것처럼 다수의 하부 반사부 절편으로 분리되도록 할 수 있다. 즉, 하부 반사부를 다수의 하부 반사부 절편로 이루어지도록 하고, 다수의 하부 반사부 절편은 상부 마이크로 미러의 오픈홀의 대응되는 절연층의 표면에 서로 분리되어 형성되어 있도록 할 수 있다.
도 5i는 본 발명의 제 9 실시예에 따른 오픈홀에 기반한 회절 광변조기의 일부분을 절단한 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제9 실시예에 따른 오픈홀에 기반한 회절 광변조기는 실리콘 기판으로 이루어진 기반부재(501i)과, 기반부재(501i)의 함몰부의 중간 부분에 형성되어 있는 하부 반사부(510i)와, 기반부재(501i)의 표면을 가로지르는 상부 마이크로 미러(520i)로 구성되어 있다. 하부 반사부(510i)는 입사되는 입사광을 반사하여 반사광을 형성하도록 하지만 상부 전극으로도 사용된다.
기반부재(501i)의 함몰부의 바닥에는 하부 전극층(503i)이 적층되어 있으며, 중간 부분에 위치한 하부 반사부(상부 전극)(510i)과 함께 정전기력에 의한 하부 반사부(510i)의 상하 구동력을 제공한다.
즉, 하부 전극(503i)과 하부 반사부(510i)에 전압이 인가되면 하부 전극(503i)과 하부 반사부(510i)는 정전기력에 의해 밀착되어 아래로 다운되는 구동력을 발생시키고 전압이 인가되지 않으면 다시 복원되는 복원력에 의해 상부 구동력을 발생시킨다.
한편, 상부 마이크로 미러(520i)에는 오픈홀(521i1~521i3)이 구비되어 있는데, 여기에서 오픈홀(521i1~521i3)의 모양은 직사각형이 바람직하지만 원형 타원형 등 어떤 폐곡선의 형상도 가능하다.
이러한 오픈홀(521i1~521i3)은 오픈홀(521i1~521i3)이 형성된 부분에 대응하는 하부 반사부(510i)로 하여금 상부 마이크로 미러(520i)의 해당 부분에 인접한 부분과 함께 화소를 형성할 수 있도록 한다.
즉, 일예로 오픈홀(521i1~521i3)이 형성된 상부 마이크로 미러(520i)의 (A) 부분과 하부 반사부의 (B) 부분이 하나의 화소를 형성할 수 있도록 한다.
이때, 상부 마이크로 미러(520i)의 오픈홀이 형성된 부분을 관통하여 입사광은 하부 반사부(510i)의 해당 부분에 입사할 수 있으며 상부 마이크로 미러(520i)와 하부 반사부(520i)가 λ/4의 홀수배가 될 때 최대의 회절광을 발생시킴을 알 수 있다.
도 5j는 본 발명의 제 10 실시예에 따른 오픈홀에 기반한 광변조기로서 제 9 실시예와 다른 점은 정렬방향이 세로방향이라는 것이다.
한편, 제4 실시예, 제 7 실시예 내지 제10 실시예에서 기반부재로 실리콘 기판을 사용하였지만, 제3 실시예와 같이 절연층 매몰 실리콘 기판을 사용할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트 1D 어레이의 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트 1D어레이는 한쪽 방향으로 그리고 서로 나란하게 상부 마이크로 미러를 가지고 있는 복수개의 엘리멘트(610a~610n)가 펼쳐져 있어 입사하는 입사광에 대하여 회절광을 제공한다. 한편, 여기에서는 제1 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회 절 광변조기의 엘리멘트 1D어레이에 대하여 설명하였지만 제2 실시예 내지 제 10 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트 1D 어레이도 동일하게 구현할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트 2D 어레이의 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트 2D 어레이는 X방향과 Y방향으로 복수의 엘리멘트(710a1~710nn)가 펼쳐저 있다. 여기에서는 제7 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트 2D 어레이에 대하여 설명하였지만 그외 다른 실시예의 경우에도 동일하게 엘리멘트 2D 어레이의 구현이 가능하다.
한편, 본 명세서에서는 압전 재료층은 단층인 경우를 주로 설명하였지만 압전 재료층이 여러층으로 적층된 다층형도 가능하다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기를 이용한 디스플레이 장치의 구성도이다. 이와 같이 디스플레이 장치에 사용되는 광학계는 프린터 등에도 사용가능하며, 이 경우에 아래에서 설명할 스크린(818) 대신 드럼이 사용되며, 이처럼 드럼이 사용되는 경우에 드럼의 회전하기 때문에 디스플레이 장치처럼 별도의 스캐닝 광학부가 반드시 필요한 것은 아니다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 회절 광변조기를 이용한 디스플레이 장치는 디스플레이 광학계(802)와 디스플레이 전자계(804)를 포함한다. 디스플레이 광학계(802)는 광원(806), 광원(806)로부터 나오는 빛을 오픈홀 기반의 회 절 광변조기(810)에 선형광으로 조사하기 위해 선형광을 만들어 주는 조명 광학부(808), 조명 광학부(808)로부터 조사된 선형광을 변조하여 회절광을 형성시키는 오픈홀 기반의 회절 광변조기(810), 오픈홀 기반의 회절 광변조기(810)에서 변조된 회절광을 차수분리하여 분리된 여러 차수의 회절광중에서 원하는 차수의 회절광을 통과시키는 필터링 광학부(812), 필터링 광학부(812)를 통과한 회절광을 집광하고 집광된 점광을 2차원이미지로 스캐닝을 수행하는 투영 및 스캐닝 광학부(816), 및 디스플레이 스크린(818)을 포함한다.
디스플레이 전자계(804)는 광원(806), 오픈홀 기반의 회절 광변조기(810) 및 투영 및 스캐닝 광학부(816)에 접속된다.
그리고, 오픈홀 기반의 회절 광변조기(810)는 조명광학부(808)로부터 선형광이 입사되면, 디스플레이 전자계(804)의 제어에 따라 입사광을 변조하여 회절광을 생성하여 출사한다.
도 9a는 삼성전기가 개발한 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트(811a~811n) 1D 어레이의 복수의 상부 마이크로 미러(812a~811n)에 선형광이 비스듬히 조명된 경우를 예시한 사시도로서, 복수의 상부 마이크로 미러(812a~812n)가 상하로 이동하면 상부 마이크로 미러(812a~812n)와 하부 반사부(813)의 단차에 의해 입사된 선형광이 변조되어 회절광이 생성된다. 이때, 형성되는 회절광은 입사광이 비스듬히 입사되기 때문에 비스듬하게 출사된다.
도 9b는 삼성전기가 개발한 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 엘리멘트(811a~811n) 1D 어레이의 복수의 상부 마이크로 미러(812a~811n)에 선형광이 수직 으로 조명된 경우를 예시한 사시도로서, 복수의 상부 마이크로 미러(812a~812n)가 상하로 이동하면 상부 마이크로 미러(812a~812n)와 하부 반사부(813)의 단차에 의해 입사된 선형광이 변조되어 회절광이 생성된다. 이때 형성되는 회절광은 입사광이 수직으로 입사하기 때문에 0차 회절광은 수직으로 출사되고 ±1차 회절광은 좌우측으로 각각 출사된다.
한편, 필터링 광학계(812)는 여러회절차수를 갖는 회절된 광이 입사하면 원하는 회절차수의 회절광을 분리한다. 필터링 광학계(812)는 푸리에 렌즈(미도시)와 필터(미도시)로 구성되어 있으며, 입사되는 회절광중 0차 회절광 또는 ± 1차 광을 선택적으로 통과시킨다.
그리고, 투영 및 스캐닝 광학부(816)는 집광 렌즈(미도시), 스캐닝 미러(미도시)를 구비하며, 디스플레이 전자계(804)의 제어에 따라 입사된 회절광을 스크린(818)에 스캐닝을 수행한다.
디스플레이 전자계(804)는 투영 및 스캐닝 광학 장치(816)의 스캐닝 미러(미도시)를 구동시킨다. 투영 및 스캐닝 광학 장치(816)는 디스플레이 스크린(818) 상에 2차원적인 이미지를 형성하기 위해서 이미지를 디스플레이 스크린(818)에 투영하고 디스플레이 스크린(818)에 스캐닝한다.
한편, 도 8 내지 도 9b의 설명은 단색 이미지를 생성하지만, 컬리 이미지를 생성하게 할 수 있으며, 그렇게 하기 위해서는 디스플레이 광학계(802)에 2개의 추가적인 광원, 2개의 추가적인 회절 광변조기 및 추가적인 필터 등을 포함하면 그 구현이 가능하다.
상기와 같은 본 발명은, 1개의 구동리본 엘리멘트만을 사용하여 1픽셀을 구성할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은, 리본 엘리멘트의 상부 마이크로 미러에 복수의 오픈홀을 형성하여 회절효율이 향상된 회절광을 얻을 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은, 종래 4개 또는 6개의 구동엘리멘트를 하나의 구동엘리멘트로 대치함으로써 제조공정에 있어서 수율 향상을 꾀할 수 있으며, 제조원가를 절감할 수 있도록 한다.

Claims (25)

  1. 기반 부재;
    리본 형상을 하고 있으며, 중앙 부분은 상기 기반 부재와 공간을 가지도록 이격되어 위치하며, 양끝단의 하면이 상기 기반 부재에 고정되어 있으며 상면이 반사표면으로 형성되어 입사광을 반사하며, 오픈홀이 형성되어 입사광을 통과시키도록 구성된 상부 반사부;
    상기 기반 부재의 상측에 위치하고, 상기 상부 반사부의 하측에 공간을 가지도록 이격되어 위치하며 상기 오픈홀을 통과하여 입사되는 광을 반사시키는 반사표면을 가지고 있는 하부 반사부; 및
    상기 상부 반사부의 중앙부분을 상하로 움직여 상기 상부 반사부와 상기 하부 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 광양을 변화시키는 구동 수단을 포함하는 오픈홀 기반의 회절 광변조기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기반 부재는,
    기판; 및
    상기 기판의 상측에 돌출되어 있으며 상기 상부 반사부의 각 끝단을 지지하여 상기 상부 반사부의 중앙 부분이 상기 기판과 공간을 형성하여 이격되어 있도록 하는 지지부재를 포함하며,
    상기 하부 반사부는 상기 기판의 상측에 위치하며 상기 상부 반사부의 오픈홀을 통과하여 입사되는 광을 반사시키는 것을 특징으로 하는 오픈홀 기반의 회절 광변조기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 위에 형성되고, 상측에 상기 지지부재 및 상기 하부 반사부가 위치하는 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈홀 기반의 회절 광변조기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기반 부재는 공간을 제공하기 위한 함몰부를 가지며,
    상기 하부 반사부는 상기 기반 부재의 함몰부에 형성되어 있고,
    상기 상부 반사부는 중앙 부분이 상기 하부 반사부와 공간을 가지고 이격되어 위치하도록 함몰부를 가로질러 위치하는 것을 특징으로 하는 오픈홀 기반의 회절 광변조기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기반 부재 위에 형성되고, 상측에 상기 하부 반사부가 위치하는 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈홀 기반의 회절 광변조기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 반사부는,
    리본 형상을 하고 있으며, 중앙 부분은 상기 기반 부재와 공간을 가지도록 이격되어 위치하며, 양끝단의 하면이 상기 기반 부재에 고정되어 있으며 오픈홀이 형성되어 입사광을 통과시키도록 구성된 하부 지지대; 및
    상기 하부 지지대의 상측에 위치하며 상기 하부지지대의 오픈홀에 대응되는 위치에 오픈홀이 형성되어 있으며, 상면이 반사표면으로 형성되어 입사광을 반사하며, 오픈홀이 형성되어 입사광을 통과시키도록 구성된 상부 마이크로 미러를 포함하여 이루어진 오픈홀 기반의 회절 광변조기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기반 부재는 표면이 평평하고;
    상기 상부 반사부의 중앙 부분이 상기 하부 반사부로부터 이격되어 위치하여 공간을 확보하는 것을 특징으로 하는 오픈홀 기반의 회절 광변조기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 반사부는 상기 기반 부재을 가로지르는 방향과 동일한 방향으로 정렬되어 있는 복수개의 오픈홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈홀 기반의 회절 광변조기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 반사부는 상기 상부 반사부가 상기 기반 부재를 가로지는 방향과 직각 방향으로 정렬되어 있는 복수의 오픈홀을 포함하는 것읕 특징으로 하는 오픈홀 기반의 회절 광변조기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 수단은,
    한쪽 끝단이 상기 상부 반사부의 좌측 끝단에 위치하고, 다른쪽 끝단이 상기 상부 반사부의 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 반사부의 우측 끝단에 위치하고, 다른쪽 끝단이 상기 상부 반사부의 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 오픈홀 기반의 회절 광변조기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 압전층은,
    상기 상부 반사부가 하부 전극이 되고;
    한쪽 끝단이 상기 상부 반사부의 좌측 끝단에 위치하고, 다른쪽 끝단이 상기 상부 반사부의 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 상부 반사부가 하부 전극이 되고;
    한쪽 끝단이 상기 상부 반사부의 우측 끝단에 위치하고, 다른쪽 끝단이 상기 상부 반사부의 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 제 2 상부 전극층을 포함하여 이루어진 오픈홀 기반의 회절 광변조기.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 압전층은,
    상기 상부 반사부가 하부 전극이 되고;
    한쪽 끝단이 상기 상부 반사부의 좌측 끝단에 위치하고, 다른쪽 끝단이 상기 상부 반사부의 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 상부 반사부가 하부 전극이 되고;
    한쪽 끝단이 상기 상부 반사부의 우측 끝단에 위치하고, 다른쪽 끝단이 상기 상부 반사부의 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.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 수단은,
    상기 상부 반사부가 상부 전극으로 하고;
    상기 하부 반사부를 하부 전극으로 하며, 상기 상부 반사부와 상기 상부 반사부 사이에 형성된 정전기력에 의해 상기 상부 반사부가 상하 이동되는 것을 특징으로 하는 오픈홀에 기반한 회절 광변조기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 수단은,
    상기 상부 반사부를 전자기력을 이용하여 상하 구동시키는 전자기력 구동수단인 것을 특징으로 하는 오픈홀에 기반한 회절 광변조기.
  15. 기반 부재;
    리본 형상을 하고 있으며, 중앙 부분은 상기 기반 부재와 공간을 가지도록 이격되어 위치하며, 양끝단의 하면이 상기 기반 부재에 고정되어 있으며 상면이 반사표면으로 형성되어 입사광을 반사하며, 오픈홀이 형성되어 입사광을 통과시키도록 구성되며, 서로 나란히 배열되어 어레이를 형성하는 복수의 상부 반사부;
    상기 기반 부재의 상측에 위치하고, 상기 상부 반사부의 하측에 공간을 가지도록 이격되어 위치하며 상기 오픈홀을 통과하여 입사되는 광을 반사시키는 반사표면을 가지고 있는 하부 반사부; 및
    해당하는 상기 상부 반사부의 중앙부분을 상하로 움직여 상기 상부 반사부와 상기 하부 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 광양을 변화시키는 복수의 구동 수단을 포함하는 오픈홀 기반의 회절 광변조기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 기반 부재는,
    기판; 및
    상기 기판의 상측에 돌출되어 있으며 복수의 상기 상부 반사부의 각각의 양끝단을 지지하여 복수의 상기 상부 반사부의 각각의 중앙 부분이 상기 기판과 공간을 형성하여 이격되어 있도록 하는 지지부재를 포함하며,
    상기 하부 반사부는 상기 기판의 상측에 위치하며 복수의 상기 상부 반사부의 오픈홀을 통과하여 입사되는 광을 반사시키는 것을 특징으로 하는 오픈홀 기반 의 회절 광변조기.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 기반 부재는 공간을 제공하기 위한 함몰부를 가지며,
    상기 하부 반사부는 상기 기반 부재의 함몰부에 형성되어 있고,
    복수의 상기 상부 반사부의 각각은 중앙 부분이 상기 하부 반사부와 공간을 가지고 이격되어 위치하도록 함몰부를 가로질러 위치하며, 서로 나란히 배열되어 어레이를 형성하는 것을 특징으로 하는 오픈홀 기반의 회절 광변조기.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 기반 부재는 표면이 평평하고;
    복수의 상기 상부 반사부의 중앙 부분이 상기 하부 반사부로부터 이격되어 위치하여 공간을 확보하며, 서로 나란히 배열되어 어레이를 형성하는 것을 특징으로 하는 오픈홀 기반의 회절 광변조기.
  19. 함몰부가 형성되어 있는 기반 부재;
    리본 형상으로 양끝단이 상기 기반 부재의 함몰부를 벗어난 지역에 부착되어 함몰부를 가로지르고 있으며, 오픈홀을 구비하여 입사광을 통과시키며, 상면이 반사표면으로 형성되어 입사광을 반사시키는 상부 마이크로 미러;
    리본 형상으로 상기 기반 부재에 형성된 함몰부의 측벽에 양끝단이 고정되어 상기 상부 마이크로 미러와 평행하게 그리고 이격되어 위치하며 중앙 부분이 상하 이동 가능하고, 오픈홀을 통과하여 입사되는 광을 반사시키는 하부 반사부; 및
    상기 하부 반사부를 상하 움직여 상기 상부 마이크로 미러와 상기 하부 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 양을 변화시키는 구동수단을 포함하여 이루어진 오픈홀 기반의 회절 광변조기.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 구동 수단은,
    상기 함몰부의 바닥에 적층되어 있는 하부 전극층; 및
    상기 하부 반사부를 상부 전극으로 하여 상기 하부 반사부에 전압이 인가되면 상기 하부 전극층과 상기 하부 반사부간에 정전기력이 발생하여 상기 하부 반사부가 이동하는 것을 특징으로 하는 오픈홀 기반의 회절 광변조기.
  21. 함몰부가 형성되어 있는 기반 부재;
    리본 형상으로 양끝단이 상기 기반 부재의 함몰부를 벗어난 지역에 부착되어 함몰부를 가로지르고 있으며, 오픈홀을 구비하여 입사광을 통과시키며, 상면이 반사표면으로 형성되어 입사광을 반사시키며, 서로 나란히 배열되어 어레이를 형성하는 복수의 상부 마이크로 미러;
    리본 형상으로 상기 기반 부재에 형성된 함몰부의 측벽에 양끝단이 고정되어 해당하는 상기 상부 마이크로 미러와 평행하게 그리고 이격되어 위치하며 중앙 부분이 상하 이동 가능하고, 오픈홀을 통과하여 입사되는 광을 반사시키며, 서로 나란히 배열되어 어레이를 형성하는 하부 반사부; 및
    해당하는 상기 하부 반사부를 상하 움직여 상기 상부 마이크로 미러와 상기 하부 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 양을 변화시키는 복수의 구동수단을 포함하여 이루어진 오픈홀 기반의 회절 광변조기.
  22. 광을 출사하는 광원;
    기반 부재와, 리본 형상으로 중앙 부분이 공간을 형성하도록 상기 기반 부재에 양끝단이 고정되어 있으며 오픈홀이 구비하여 광을 통과하고 반사표면을 가지고 있어 입사광을 반사하며 서로 나란히 배열되어 어레이를 형성하는 복수의 상부 반사부와, 상기 기반 부재의 상측에 위치하고, 상기 상부 반사부의 하측에 공간을 가지도록 이격되어 위치하며 상기 오픈홀을 통과하여 입사되는 광을 반사시키는 반사표면을 가지고 있는 하부 반사부 및 해당하는 상기 상부 반사부의 중앙부분을 상하로 움직여 상기 상부 반사부와 상기 하부 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 광양을 변화시키는 복수의 구동 수단을 포함하여 입사광을 변조하여 회절광을 생성하는 오픈홀 기반의 회절 광변조기;
    상기 광원으로부터 입사된 광을 상기 오픈홀 기반의 회절 광변조기에 광을 조사시키는 조명 광학부;
    상기 오픈홀 기반의 회절 광변조기에서 변조된 회절광에서 원하는 차수회절광을 선택하여 통과시키는 필터링 광학부; 및
    상기 필터링 광학부를 통과한 회절광을 스크린에 스캐닝을 수행하는 투영 및 스캐닝 광학부를 포함하여 이루어진 오픈홀 기반의 회절 광변조기를 이용한 디스플레이 장치.
  23. 광을 출사하는 광원;
    기반 부재와, 리본 형상으로 중앙 부분이 공간을 형성하도록 상기 기반 부재에 양끝단이 고정되어 있으며 오픈홀이 구비하여 광을 통과하고 반사표면을 가지고 있어 입사광을 반사하며 서로 나란히 배열되어 어레이를 형성하는 복수의 상부 반사부와, 상기 기반 부재의 상측에 위치하고, 상기 상부 반사부의 하측에 공간을 가지도록 이격되어 위치하며 상기 오픈홀을 통과하여 입사되는 광을 반사시키는 반사표면을 가지고 있는 하부 반사부 및 해당하는 상기 상부 반사부의 중앙부분을 상하로 움직여 상기 상부 반사부와 상기 하부 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 광양을 변화시키는 복수의 구동 수단을 포함하여 입사광을 변조하여 회절광을 생성 하는 오픈홀 기반의 회절 광변조기;
    상기 광원으로부터 입사된 광을 상기 오픈홀 기반의 회절 광변조기에 광을 조사시키는 조명 광학부;
    상기 오픈홀 기반의 회절 광변조기에서 변조된 회절광에서 원하는 차수회절광을 선택하여 통과시키는 필터링 광학부; 및
    상기 필터링 광학부를 통과한 회절광을 드럼에 투영하는 투영 광학부를 포함하여 이루어진 오픈홀 기반의 회절 광변조기를 이용한 프린팅 장치.
  24. 기판;
    상기 기판의 상부에 적층되는 절연층;
    상기 절연층의 양끝에 형성되며, 상부로 돌출되어 있는 희생층;
    상기 절연층의 상부에 위치하며, 희생층 사이에 형성되어 입사광을 반사하는 반사표면을 가진 하부 반사부;
    상기 희생층의 상부에 가로질러 걸쳐있고 오픈홀이 형성된 하부지지대;
    상기 하부지지대의 중앙부분에 적층되고 상측은 반사표면으로 형성되어 입사광을 반사시키고, 상기 오픈홀에 대응되게 오픈홀이 형성되어 입사광을 통과시킬수 있는 상부 마이크로미러; 및
    상기 하부지지대의 양측끝에 위치하고 압전재료층을 구비하여 전압이 인가되면 상기 압전재료층의 수축,팽창에 의해 상기 하부지지대의 중앙부분을 상하로 움 직여 상기 상부 마이크로미러와 상기 하부 반사부의 반사광으로 형성되는 회절광의 광양을 변화시키는 구동 수단을 포함하는 오픈홀 기반의 회절 광변조기.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 기판이며,
    상기 구동수단은 상기 하부지지의 양측끝단에 하부전극이 형성되고,상기 하부전극 위에 압전재료층이 적층되고, 상기 압전재료층 위에 상부전극이 형성되어, 전압이 상기 상부전극 및 상기 하부전극에 인가되면 수축 또는 팽창되는 것을 특징으로 하는 오픈홀 기반의 회절 광변조기.
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