KR20170075620A - 광 변조 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예들에 따른 광 변조 소자는, 기판 상에 제공되는 광 변조부, 상기 광 변조부와 전기적으로 연결되어 상기 광 변조부를 구동하는 구동부, 상기 광 변조부 상에 배치되어 상기 광 변조부를 밀봉하는 커버를 포함하되, 상기 광 변조부는 전기 변색 소자를 포함한다.
Description
본 발명은 광 변조 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 공간 광 변조 소자에 관한 것이다.
디지털 홀로그램을 구현하기 위해, 공간 광 변조기(spatial light modulator: SLM)가 널리 사용된다. 현재 출시되는 공간 광 변조기는 진폭형(amplitude) 또는 위상형(phase type)으로 나눌 수 있고, 그 중에서 회절 효율이 보다 좋은 위상형 공간 광 변조기가 주로 사용된다. 그러나, 위상형 공간 광 변조기는 구현할 수 있는 픽셀 피치 사이즈가 제한적이어서, 보다 미세한 픽셀 피치를 구현하는 것이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 미세 피치를 구현하여 넓은 시야각을 확보할 수 있는 광 변조 소자를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 광 변조 소자는, 기판 상에 제공되는 광 변조부, 상기 광 변조부와 전기적으로 연결되어 상기 광 변조부를 구동하는 구동부, 상기 광 변조부 상에 배치되어 상기 광 변조부를 밀봉하는 커버를 포함하되, 상기 광 변조부는 전기 변색 소자를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 커버와 상기 광 변조부 사이에 내부 공간이 형성되고, 상기 내부 공간에는 수소를 포함하는 밀봉 가스가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 밀봉 가스는 비활성 기체를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전기 변색 소자는 제 1 전극 및 제 2 전극, 상기 제 1 전극 상에 적층된 제 1 전기 변색층, 상기 제 2 전극 상에 적층된 제 2 전기 변색층, 그리고 상기 제 1 전기 변색층과 상기 제 2 전기 변색층 사이의 전해질을 포함하되, 상기 제 1 및 제 2 전극들, 상기 제 1 및 제 2 전기 변색층들, 그리고 상기 전해질은 각각 고체 상태로 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전기 변색 소자는 제 1 전극 및 제 2 전극, 상기 제 1 전극 상에 적층된 제 1 전기 변색층, 상기 제 2 전극 상에 적층된 제 2 전기 변색층, 상기 제 1 전기 변색층과 상기 제 2 전기 변색층 사이의 전해질, 그리고 상기 제 1 전기 변색층과 상기 제 2 전기 변색층 중 적어도 하나와 상기 전해질 사이의 수소 저장막을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 기판 상에 제공되어 상기 광 변조부를 보호하는 보호층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전기 변색 소자는 복수 개로 제공될 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 광 변조 소자는 기판 상에 2차원적으로 배열된 전기 변색 소자들, 상기 전기 변색 소자들을 구동하는 구동부, 상기 기판 상에 적층되어 상기 전기 변색 소자들을 보호하는 보호층을 포함하되, 상기 전기 변색 소자들의 각각은 고체 상태로 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 전기 변색 소자들을 밀봉하는 커버를 더 포함하되, 상기 커버와 상기 전기 변색 소자들 사이의 내부 공간에는 밀봉 가스가 제공되고, 상기 밀봉 가스는 수소 또는 비활성 기체들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 미세 피치를 구현하여 넓은 시야각을 확보할 수 있는 광 변조 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변조 소자의 단면도이다.
도 2a는 일 실시예에 따른 전기 변색 소자를 보여주는 도면이다.
도 2b는 일 실시예에 따른 전기 변색 소자를 보여주는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변조 소자의 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변조 소자의 단면도이다.
도 2a는 일 실시예에 따른 전기 변색 소자를 보여주는 도면이다.
도 2b는 일 실시예에 따른 전기 변색 소자를 보여주는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변조 소자의 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변조 소자의 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 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 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변조 소자(1)의 단면도이다. 광 변조 소자(1)는 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator: SLM)일 수 있다. 도 1을 참조하면, 광 변조 소자(1)는 기판(10), 구동부(20), 광 변조부(30), 보호층(40), 그리고 커버(50)를 포함할 수 있다.
기판(10)은 유리 또는 실리콘을 포함할 수 있다. 구동부(20)는 기판(10) 상에 제공될 수 있다. 구동부(20)는 광 변조부(30)와 전기적으로 연결되어, 광 변조부(30)를 구동할 수 있다. 도시되지 않았으나, 구동부(20)는 구동 소자, 예를 들어, 박막 트랜지스터(TFT)를 포함할 수 있다. 또한, 구동부(20)는 구동 소자와 광 변조부(30)를 연결하는 배선들(미도시)을 포함할 수 있다. 도면에서는 구동부(20)가 기판(10)과 대응되는 크기로 제공되는 것을 예로 들어 도시하였으나, 이와 달리, 구동부(20)는 기판(10) 상에 부분적으로 제공될 수 있다.
광 변조부(30)는 기판(10) 상에 제공될 수 있다. 도 1을 참조하면, 광 변조부(30)는 구동부(20) 상에 제공될 수 있다. 광 변조부(30)는 전기 변색 소자(30)일 수 있다. 전기 변색 소자(30)는 복수 개로 제공될 수 있다. 복수 개의 전기 변색 소자들(30)은 구동부(20) 상에 2차원적으로 배열된 어레이(array) 형태일 수 있다. 도 1에서는 2개의 전기 변색 소자들(30)을 포함하는 것을 예로 들어 도시하였으나, 전기 변색 소자들(30)의 개수 및 배열은 이에 제한되지 않는다.
도 2a는 일 실시예에 따른 전기 변색 소자(30)를 보여주는 도면이다. 도 1 및 도 2a를 참조하면, 전기 변색 소자(30)는 차례로 적층된 금속 미러(310), 제 1 전극(320), 제 1 전기 변색층(330), 전해질(340), 제 2 전기 변색층(350), 그리고 제 2 전극(360)을 포함할 수 있다. 금속 미러(310)는 구동부(20)와 연결될 수 있다. 금속 미러(310)가 제공되는 경우, 전기 변색 소자(30)는 반사형 전기 변색 소자(Reflective SLM)일 수 있다. 그러나, 이와 달리, 전기 변색 소자(30)가 투과형 전기 변색 소자(Transmissive SLM)일 경우, 금속 미러(310)는 생략될 수 있다.
제 1 전극(320)은 금속 미러(310) 상에 배치될 수 있다. 제 2 전극(360)의 상면은 보호층(40)으로부터 노출될 수 있다. 제 1 전극(320) 및 제 2 전극(360)은 각각 고체 상태일 수 있다. 제 1 전극(320) 및 제 2 전극(360)은 각각, 투명 전극일 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(320) 및 제 2 전극(360)은 각각 ITO 또는 FTO를 포함할 수 있다. 도시되지 않았으나, 제 1 전극(320) 및 제 2 전극(360)은 각각 패터닝되어, 복수 개의 서브 전극들(미도시)을 포함할 수 있다.
제 1 전기 변색층(330)은 제 1 전극(320) 상에 배치될 수 있다. 제 2 전기 변색층(350)은 제 2 전극(360) 아래에 배치될 수 있다. 제 2 전기 변색층(350)은 제 1 전기 변색층(330)과 대향될 수 있다. 제 1 전기 변색층(330) 및 제 2 전기 변색층(350)은 각각 고체 상태일 수 있다. 도시되지 않았으나, 제 1 전기 변색층(330)은 전기 변색 물질들(미도시)을 포함하고, 제 2 전기 변색층(350)은 이온 저장 물질 또는 전기 변색 물질과 같은 상보 물질들(미도시)을 포함할 수 있다. 전기 변색 물질들(미도시)은 전자 및 이온의 주입과 이탈에 따른 산화/환원 과정에 의해, 전기 변색을 일으키는 물질이다. 제 1 전기 변색층(330)과 제 2 전기 변색층(350)은 서로 대응되는 상호 반응을 수행할 수 있다. 일 예로, 제 1 전기 변색층(330)이 산화 변색 전극층인 경우, 제 2 전기 변색층(350)은 환원 변색 전극층일 수 있다. 이와 달리, 제 1 전기 변색층(330)이 환원 변색 전극층인 경우, 제 2 전기 변색층(350)은 산화 변색 전극층일 수 있다. 제 1 전기 변색층(330)은 ATO(antimony-doped tin oxide), NiO, WO3, TiO2, ZnO 등을 포함하는 다양한 형태의 산화물 또는 Triarylamine 계열, Viologen 계열, 고분자, 유기분자를 포함하는 다양한 구조의 유기분자를 포함할 수 있고, 제 2 전기 변색층(350)은 NiO, WO3, TiO2, ZnO 등을 포함하는 다양한 형태의 산화물 또는 Triarylamine 계열, Viologen 계열, 고분자, 유기분자를 포함하는 다양한 구조의 유기분자를 포함할 수 있다.
전해질(340)은 제 1 전기 변색층(330) 및 제 2 전기 변색층(350) 사이에 제공될 수 있다. 전해질(340)은 고체일 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 액체 또는 젤(gel) 형태일 수 있다. 일 예로, 전해질(340)은 Ta2O5를 포함할 수 있다. 이와 달리, 전해질(340)은 수소 이온(H+)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 전해질(340)은 고분자 또는 고체 다공성 전해질로 제공될 수 있다. 전해질(340)은 제 1 전기 변색층(330) 및 제 2 전기 변색층(350) 사이에서, 이온을 전달할 수 있다. 제 1 및 제 2 전극들(330,360)에 인가되는 전압에 따라, 전해질(340) 내에 포함되어 있는 수소 이온(H+) 또는 리튬 이온(Li+)이 제 1 전기 변색층(330) 및 제 2 전기 변색층(30)으로 삽입 또는 탈리된다. 이 때, 화합물 내의 전하 중성 조건을 만족시키기 위해, 제 1 전기 변색층(330) 및 제 2 전기 변색층(350)의 산화수가 변화되어, 제 1 전기 변색층(330) 및 제 2 전기 변색층(350) 자체의 광학적 특성(예를 들어, 투과도)이 변하게 된다.
도 2b는 일 실시예에 따른 전기 변색 소자(30a)를 보여주는 도면이다. 도 2b를 참조하면, 전기 변색 소자(30a)는 금속 미러(310), 제 1 전극(320), 제 1 전기 변색층(330), 수소 저장막(370), 전해질(340), 제 2 전기 변색층(350), 그리고 제 2 전극(360)을 포함할 수 있다. 도 2b의 전기 변색 소자(30a)는, 도 2a를 참조하여 설명한 전기 변색 소자(30)와 대체로 동일 또는 유사한 구조 및 형상을 가진다. 따라서, 도 2a를 참조하여 설명한 전기 변색 소자와 실질적으로 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조번호가 제공되고, 설명의 간소화를 위하여 중복되는 설명은 생략될 수 있다. 전기 변색 소자(30a)는 수소 저장막(370)을 더 포함할 수 있다. 수소 저장막(370)은 제 1 전기 변색층(330)과 제 2 전기 변색층(350) 중 적어도 하나와 전해질(340) 사이에 제공될 수 있다. 일 예로, 도 2b를 참조하면, 제 1 전기 변색층(330)과 전해질(340) 사이에 수소 저장막(370)이 제공될 수 있다. 수소 저장막(370)은 수소를 흡수하고 통과시킬 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 수소 저장막(370)은 팔라듐(Pd)을 포함할 수 있다. 제 1 전기 변색층(330)과 전해질(340) 사이에서, 수소 저장막(370)은 수소 이온의 이동을 촉진하여 전기 변색 특성을 강화할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 구동부(20) 상에 광 변조부(30)를 보호하는 보호층(40)이 제공될 수 있다. 보호층(40)은 복수 개의 전기 변색 소자들(30)을 둘러싸고, 전기 변색 소자들(30)을 보호할 수 있다. 보호층(40)은 폴리머를 포함할 수 있다. 도 1과 같이, 보호층(40)의 상면은 전기 변색 소자들(30)의 상면과 서로 공면을 이룰 수 있다.
광 변조부(30) 상에, 광 변조부(30)를 밀봉하는 커버(50)가 제공된다. 커버(50)는 광 변조부(30)로 빛이 입사될 수 있도록, 투명한 재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 커버(50)는 유리를 포함할 수 있다. 커버(50)와 광 변조부(30) 사이에 내부 공간(52)이 형성된다. 내부 공간(52)은 밀봉 가스로 채워질 수 있다. 일 예로, 밀봉 가스는 수소 또는 비활성 기체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 밀봉 가스로 인해 전기 변색 소자들(30)이 밀봉되어, 전기 변색 소자들(30)을 외부 자극으로부터 보호할 수 있다.
일반적인 위상형 광 변조기의 경우, 광 변조층이 액정으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 위상형 광 변조기는 수평 배향 네마틱 액정(parallel aligned nematic liquid crystal, PAN-LC), 액정 애노드(LC anode), 액정 캐쏘드(LC cathode)를 포함할 수 있다. 이 때, 광 변조층은 소정의 두께를 가질 수 있다. 일 예로, 위상형 광 변조기의 수직 방향의 폭은 약 10μm이상일 수 있다. 따라서, 수직 방향의 폭이 두껍게 제공되어, 구현할 수 있는 광 변조층의 수평 방향의 폭이 제한적이다. 본 발명의 개념에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 변색 소자들(30,30a) 중 어느 하나를 포함하는 광 변조 소자(1)는, 각각의 전기 변색 소자들(30,30a)을 박막 형태로 제작할 수 있다. 일 예로, 기판(10) 및 구동부(20) 상에 보호층(40)을 형성하고, 보호층(40)을 패터닝하여 전기 변색 소자들(30)을 제작할 수 있다. 이 때, 보호층(40) 및 전기 변색 소자들(30)의 수직 방향의 폭들은 약 3μm 내지 5μm로 제작할 수 있다. 따라서, 전기 변색 소자들(30)의 수평 방향으로의 폭들을 작게 형성하고, 미세한 픽셀 피치를 구현할 수 있다. 픽셀 피치는 하나의 전기 변색 소자(30)로부터 인접하는 전기 변색 소자(30)까지의 거리로서, 전기 변색 소자(30)의 수평 방향의 폭에 영향을 받을 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 광 변조 소자는, 일 예로, 광 변조 소자(1)는 약 1μm이하의 미세한 픽셀 피치를 구현할 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 실시예에 따른 광 변조 소자는, 일반적인 위상형 광 변조기보다 넓은 시야각을 확보할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변조 소자(2)의 단면도이다. 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변조 소자(3)의 단면도이다. 도 3a 및 도 3b의 광 변조 소자들(2,3)의 각각은, 도 1 내지 도 2b를 참조하여 설명한 광 변조 소자(1)와 대체로 동일 또는 유사한 구조 및 형상을 가진다. 따라서, 도 1 내지 도 2b를 참조하여 설명한 광 변조 소자(1)와 실질적으로 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조번호가 제공되고, 설명의 간소화를 위하여 중복되는 설명은 생략될 수 있다. 도 3a 및 도 3b의 광 변조 소자들(2,3)의 각각은, 도 2a 및 도 2b의 전기 변색 소자(30,30a) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 도 3a의 광 변조 소자(2)는, 내부 공간(52)에 밀봉 가스를 포함하지 않을 수 있다. 이와 달리, 도 3b의 광 변조 소자(3)는 커버가 생략되고, 광 변조부(30)가 외부로 노출될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (9)
- 기판 상에 제공되는 광 변조부;
상기 광 변조부와 전기적으로 연결되어 상기 광 변조부를 구동하는 구동부;
상기 광 변조부 상에 배치되어 상기 광 변조부를 밀봉하는 커버를 포함하되,
상기 광 변조부는 전기 변색 소자를 포함하는, 광 변조 소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 커버와 상기 광 변조부 사이에 내부 공간이 형성되고, 상기 내부 공간에는 수소를 포함하는 밀봉 가스가 제공되는, 광 변조 소자.
- 제 2 항에 있어서,
상기 밀봉 가스는 비활성 기체를 더 포함하는, 광 변조 소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전기 변색 소자는:
제 1 전극 및 제 2 전극;
상기 제 1 전극 상에 배치된 제 1 전기 변색층;
상기 제 2 전극 아래에 배치된 제 2 전기 변색층; 그리고
상기 제 1 전기 변색층과 상기 제 2 전기 변색층 사이의 전해질을 포함하되,
상기 제 1 및 제 2 전극들, 상기 제 1 및 제 2 전기 변색층들, 그리고 상기 전해질은 각각 고체 상태로 제공되는, 광 변조 소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전기 변색 소자는:
제 1 전극 및 제 2 전극;
상기 제 1 전극 상에 배치된 제 1 전기 변색층;
상기 제 2 전극 아래에 배치된 제 2 전기 변색층;
상기 제 1 전기 변색층과 상기 제 2 전기 변색층 사이의 전해질; 그리고
상기 제 1 전기 변색층과 상기 제 2 전기 변색층 중 적어도 하나와 상기 전해질 사이의 수소 저장막을 포함하는, 광 변조 소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 기판 상에 적층된 보호층을 더 포함하고, 상기 광 변조부는 상기 보호층 내에 제공되는, 광 변조 소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전기 변색 소자는 복수 개로 제공되는, 광 변조 소자.
- 기판 상에 2차원적으로 배열된 전기 변색 소자들;
상기 전기 변색 소자들을 구동하는 구동부;
상기 기판 상에 적층되어 상기 전기 변색 소자들을 보호하는 보호층을 포함하되,
상기 전기 변색 소자들 각각은 고체 상태로 제공되는, 광 변조 소자.
- 제 8 항에 있어서,
상기 전기 변색 소자들을 밀봉하는 커버를 더 포함하되,
상기 커버와 상기 전기 변색 소자들 사이의 내부 공간에는 밀봉 가스가 제공되고, 상기 밀봉 가스는 수소 또는 비활성 기체들 중 적어도 하나를 포함하는, 광 변조 소자.
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