KR100815349B1 - 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기 - Google Patents

콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회절형 광변조기에 관한 것으로서, 특히 상부 미러와 하부 미러가 수평을 이루고 있어 초기 단차가 없는 회절형 광변조기에 관한 것으로, 상부 미러와 하부 미러의 위치를 수평으로 맞출 수 있으므로 레이저 분산으로 인한 콘트라스트의 저하를 방지할 수 있고, 레이저 스펙트럼선폭 및 파장 이동에 대한 레이저의 명세가 완화되므로 고성능의 레이저가 필요하지 않은 광변조기를 이용한 광학 장치의 제작이 가능하도록 한다.
회절형 광변조기, 상부 미러, 하부 미러, 콘트라스트

Description

콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기{Diffractive optical modulator improved the contrast}
도 1 및 도 2는 광의 반사나 회절을 이용하여, 광스위치, 광변조소자에 적 용되는 광학 MEMS 소자의 대표적인 구성을 나타내는 도면.
도 3은 삼성전기가 개발한 함몰형 박막 압전 광변조기의 절단면도.
도 4a는 종래 기술에 따른 오픈홀 방식의 회절형 광변조기의 절단면도이고, 도 4b는 종래 기술에 따른 오픈홀 방식의 회절형 광변조기의 부분 평면도.
도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기의 절단 사시도이고, 도 5b는 도 5a의 A-A'선에 따른 절단면도.
도 5c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기의 절단 사시도이고, 도 5d는 도 5c의 B-B' 선에 따른 절단면도.
도 5e는 본 발명의 제3 실시예에 따른 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기의 절단 사시도이고, 도 5f는 도 5e의 C-C' 선에 따른 절단면도.
도 5g는 본 발명의 제4 실시예에 따른 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기의 절단 사시도이고, 도 5h는 도 5g의 D-D' 선에 따른 절단면도.
도 6a 내지 도 6i는 본 발명의 일실시예에 따른 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기의 제조방법의 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
501a~501d : 실리콘 기판 503a~503d : 돌기부
504a~504d : 하부 마이크로 미러층 530a~530d : 오픈홀
본 발명은 회절형 광변조기에 관한 것으로서, 특히 상부 미러와 하부 미러가 수평을 이루고 있어 초기 단차가 없도록 하는 회절형 광변조기에 관한 것이다.
미세기술의 진전에 따라서, 소위 초소형 전기적·기계적 복합체(Micro Electro Mechanical Systems; 이하 "MEMS"라 함) 소자 및 MEMS 소자를 조립한 소형기기가 주목되고 있다.
MEMS 소자는 실리콘 기판, 글래스 기판 등의 기판상에 미세구조체로서 형성되고, 기계적 구동력을 출력하는 구동체와, 구동체를 제어하는 반도체 집적회로 등을 전기적으로, 또한 기계적으로 결합시킨 소자이다. MEMS 소자의 기본적인 특징은 기계적 구조로서 구성되어 있는 구동체가 소자의 일부에 조립되어 있는 것이며, 구동체의 구동은 전극간의 쿨롱의 힘 등을 응용하여 전기적으로 행해진다.
도 1 및 도 2는 광의 반사나 회절을 이용하여, 광스위치, 광변조소자에 적 용되는 광학 MEMS 소자의 대표적인 구성을 나타낸다.
도 1에 나타내는 광학 MEMS 소자(1)는 기판(2)과, 기판(2)상에 형성한 기판측 전극(3)과, 기판측 전극(3)에 대향하여 평행으로 배치한 구동측 전극(4)을 갖는 빔들보(6)과, 이 빔(6)의 일단을 지지하는 지지부(7)를 갖추어 이룬다. 빔(6)과 기판측 전극(3)과는 그 사이의 공극(8)에 의해 전기적으로 절연되어 있다.
이 광학 MEMS 소자(1)에서는 기판측 전극(3)과 구동측 전극(4)에 주어지는 전위에 따라서, 빔(6)이 기판측 전극(3)과의 사이의 정전인력에 의해 변위하고, 예를 들면 도 1의 실선과 파선으로 나타내는 것같이, 기판측 전극(3)에 대하여 평행상태와 경사상태로 변위한다.
도 2에 나타내는 광학 MEMS 소자(11)는 기판(12)과, 기판(12)상에 형성한 기판측 전극(13)과, 기판측 전극(13)을 브리지형상으로 걸쳐진 빔(14)을 갖추어 이룬다. 빔(14)과 기판측 전극(13)과는 그 사이의 공극(10)에 의해 전기적으로 절연되어 있다.
빔(14)은 기판측 전극(13)을 브리지 부재(15)와, 기판측 기판(13)에 대향하여 상호 평행하게 브리지부재(15)상에 설치된 구동측 전극(16)으로 구성된다.
이 광학 MEMS 소자(11)에서는 기판측전극(13)과 구동측전극(16)에 주어지는 전위에 따라서, 빔(14)이 기판측전극(13)과의 사이의 정전인력에 의해 변위하고, 기판측전극(3)에 대하여 평행상태와 오목상태로 변위한다.
광학 MEMS 소자(1, 11)는 광반사막을 겸하는 구동측전극(4, 16)의 표면에 광 이 조사되고, 빔(4, 14)의 구동 위치에 따라서, 그 광의 반사방향이 다른 것을 이용하여, 한 방향의 반사광을 검출하여 스위치기능을 가지게 한 광스위치로서 적용할 수 있다.
또, 광학 MEMS 소자(1, 11)는 광강도를 변조시키는 광변조소자로서 적용할 수 있다. 광의 반사를 이용하는 때는, 빔(4, 14)을 진동시켜서 단위 시간당의 일방향의 반사광량으로 광강도를 변조한다.
광의 회절을 이용하는 때는 공통의 기판측 전극(3, 13)에 대하여 복수의 빔(6, 14)을 병렬 배치하여 광변조소자를 구성하고, 공통의 기판측 전극(3, 13)에 대한 예를 들면 1개 거른 빔(6, 14)의 근접, 이간의 동작에 의해, 광반사막을 겸하 는 구동측 전극의 높이를 변화시키고, 광의 회절에 의해 구동측 전극에서 반사하는 광의 강도를 변조한다. 이 광변조소자는 공간변조이다.
도 3은 삼성전기가 개발한 함몰형 박막 압전 광변조기의 절단면도이다.
도면을 참조하면, 종래 기술에 따른 함몰형 박막 압전 광변조기는 실리콘 기판(101)과, 회절부재(110)를 구비하고 있다.
여기에서, 회절부재(110)는 일정한 폭을 가지며 복수개가 일정하게 정렬하여 함몰형 박막 압전 광변조기를 구성한다. 또한, 이러한 회절부재(110)는 서로 다른 폭을 가지며 교번하여 정렬하여 함몰형 박막 압전 광변조기를 구성한다. 또한, 이러한 회절부재(110)는 일정간격(거의 회절부재(110)의 폭과 같은 거리)을 두고 이격되어 위치할 수 있으며 이 경우에 실리콘 기판(101)의 상면의 전부에 형성된 마이크로 미러층이 입사된 빛을 반사하여 회절시킨다.
실리콘 기판(101)은 회절부재(110)에 이격 공간을 제공하기 위하여 함몰부를 구비하고 있으며, 절연층(102)이 상부 표면에 증착되어 있고, 함몰부의 양측에 회절부재(110)의 단부가 부착되어 있다.
회절부재(110)는 막대 형상을 하고 있으며 중앙부분이 실리콘 기판(101)의 함몰부에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 실리콘 기판(101)의 함몰부를 벗어난 양측지역에 부착되어 있고, 실리콘 기판(101)의 함몰부에 위치한 부분이 상하로 이동가능한 하부지지대(111)를 포함한다.
또한, 회절부재(110)는 하부지지대(111)의 좌측단에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(112)과, 하부전극층(112)에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(113)와, 압전 재료층(113)에 적층되어 있으며 압전재료층(113)에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(114)을 포함하고 있다.
또한, 회절부재(110)는 하부지지대(111)의 우측단에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(112')과, 하부전극층(112')에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(113')과, 압전 재료층(113')에 적층되어 있으며 압전재료층(113')에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(114')을 포함하고 있다.
그리고, 국내 특허출원번호 제2003-077389호에는 위에서 설명한 함몰형뿐만 아니라 돌출형에 대하여 상세하게 설명하고 있다.
한편, 위에서 설명한 삼성전기 등의 특허에서 기술한 종류의 광변조기는 이미지를 디스플레이하기 위한 소자로서 이용될 수 있다. 그리고, 이때 최소 인접한 2개의 회절부재가 하나의 화소를 형성할 수 있다. 물론, 3개를 하나의 픽셀로 하거나, 4개를 하나의 픽셀로 하거나, 6개를 하나의 픽셀로 할 수도 있다.
그리고, 특허출원번호 P2004-030159의 "오픈홀 방식의 회절형 광변조기"에는 실리콘 기판에 하부 마이크로 미러를 구비하고 하부 지지대 등에 오픈홀을 구비하여 상하부 마이크로 미러가 화소를 형성할 수 있도록 하는 오픈홀 기반의 회절 광변조기를 제공하고 있다. 즉, 도 4a를 참조하면 "오픈홀 방식의 회절형 광변조기"는 일예로 실리콘 기판에 하부 마이크로 미러(117)를 구비하고 하부 지지대(111)에 다수의 오픈홀(116)을 구비하여 상하부 마이크로 미러(115, 117)가 화소를 형성할 수 있도록 하는 오픈홀 기반의 회절형 광변조기를 제공하고 있다. 이는 도 4b의 부분 평면도를 보면 명확하다.
그러나, 이러한 오픈홀 방식의 회절형 광변조기는 레이저 등의 분산(dispersion)에 의해 두가지의 콘트라스트 저하 요인이 있다. 그 하나는 레이저가 가지고 있는 한정된 스펙트럼선폭(finite spectral line width) 때문이다. 일반적으로 N*(λ/2)로 상하부 미러 단차를 맞추었을 때 흑(black) 즉 가장 어두운 부분을 만들지만 스펙트럼선폭이 있을 때(λ+α)의 파장에 대해서는 흑이 아니므로 회절에 의한 잔광이 나온다.
한편, 콘트라스트를 저하시키는 다른 하나는 파장 이동(wavelength drift)인데, 파장 이동이 있을 때 λ에 대해서는 흑 레벨이 맞추어져 있지만 (λ+α)의 파장에 대해서는 흑이 아니므로 잔광이 나온다.
이러한 잔광은 광변조기의 콘트라스트를 저하시키고 높은 콘트라스트의 광변조기를 구현하려면 레이저의 파장이 시간에 따라 변하지 않고 선폭이 좁은 고성능의 레이저를 필요로 한다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상부 미러와 하부 미러의 위치를 수평하게 하여 단차를 줄임으로 콘트라스트가 향상된 광변조기을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판; 리본 형상을 하고 있으며, 중앙 부분이 상기 기판에 이격되어 부유하고, 양끝단의 하면이 각각 상기 기판의 상면에 부착되어 있으며, 상기 기판으로부터 이격된 부분에 오픈홀이 구비되어 있고, 입사되는 광을 반사 또는 회절시키는 상부 마이크로 미러층; 상기 기판의 상기 상부 마이크로 미러층의 오픈홀에 대응되는 위치에 돌기되어 있으며, 상면이 입사되는 광을 반사 또는 회절시키는 하부 마이크로 미러층; 및 상기 상부 마이크로 미러층의 오픈홀이 형성된 중앙 부분을 상하로 이동시켜 상기 상부 마이크로 미러층과 상기 하부 마이크로 미러층이 평면거울이 되도록 하는 제1 위치와 광을 회절시키는 제2 위치 사이를 이동시키는 구동 수단을 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 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기의 절단 사시도이고, 도 5b는 도 5a의 A-A' 선에 따른 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기의 절단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기는 실리콘 기판(501a)과, 절연층(502a), 절연층(502a)에 돌기되어 있는 돌기부(503a1~503a3), 하부 마이크로 미러(504a1~504a3)와, 회절부재(510a)로 구성되어 있다. 여기에서, 절연층(502a)과 하부 마이크로 미러(504a1~504a3)를 별개의 층으로 구성하였지만 절연층에 광을 반사하는 성질이 있다면 절연층 자체가 하부 마이크로 미러로서 기능하도록 할 수 있다.
실리콘 기판(501a)은 회절부재(510a)에 이격 공간을 제공하기 위하여 함몰부를 구비하고 있으며, 절연층(502a)이 적층되어 있으며, 함몰부를 벗어난 양측에 회절부재(510a)의 하면이 부착되어 있다. 실리콘 기판(501a)을 구성하는 물질로는 Si, Al2O3, ZrO2, 석영(Quartz), SiO2 등의 단일물질이 사용되며, 바닥면과 위층(도면에서 점선으로 표시됨)을 다른 이종의 물질을 사용하여 형성할 수도 있다.
그리고, 절연층(502a)의 일부가 돌기되어 돌기부(503a1~503a3)를 형성하고 있으며, 돌기부(503a1~503a3)의 상부에는 하부 마이크로 미러(504a1~504a3)가 증착되어 있고, 하부 마이크로 미러(504a1~504a3)는 입사되는 빛을 반사하여 회절시킨다. 하부 마이크로 미러(504a1~504a3)에 사용되는 물질로는 금속(Al, Pt, Cr, Ag 등)이 사용될 수 있다.
회절부재(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 하부지지대(512a)를 구비하고 있다.
하부 지지대(512a)의 양측면에는 압전층(520a, 520a')이 구비되어 있으며, 구비된 압전층(520a, 520a')의 수축 팽창에 의해 회절부재(510a)의 구동력이 제공된다.
하부 지지대(512a)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(512a)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 스퍼터(sputter) 또는 증착(evaporation) 등의 방법으로 증착한다.
한편, 하부 지지대(512a)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.
한편, 오픈홀(531a1~531a3)은 회절부재(510a)에 입사되는 입사광이 관통하여 오픈홀(531a1~531a3)이 형성된 부분에 대응하는 하부 마이크로 미러(504a)에 입사광이 입사되도록 하며, 이렇게 하여 하부 마이크로 미러(504a1~504a3)와 상부 마이크로 미러(530a)가 화소를 형성할 수 있도록 한다.
즉, 일예로 오픈홀(531a1~531a3)이 형성된 상부 마이크로 미러(530a)의 (가) 부분과 하부 마이크로 미러(504a1~504a3)의 (나) 부분이 하나의 화소를 형성할 수 있다.
이때, 상부 마이크로 미러(530a)의 오픈홀(531a1~531a3)이 형성된 부분을 관통하여 입사되는 입사광은 하부 마이크로 미러(504a1~504a3)의 해당 부분에 입사할 수 있으며 상부 마이크로 미러(530a)와 하부 마이크로 미러(504a1~504a3)의 간격이 λ/4의 홀수배가 될 때 최대의 회절광을 발생시킨다.
이때, 본 발명에서는 도 5b에 도시되어 있는 것처럼 절연층(502a)의 상부에 돌출되어 있는 돌기부(503a1~503a3)에 의해 상부 마이크로 미러(530a)와 하부 마이크로 미러(504a1~504a3)의 단차가 거의 없도록 할 수 있다. 이처럼 상부 마이크로 미러(530a)의 고정시에 하부 마이크로 미러(504a1~504a3)와 단차가 거의 없도록 하면 앞에서 언급한 두가지 레이저 분산 문제로 인한 콘트라스트의 저하를 막을 수 있다. 또한, 레이저의 스펙트럼 선폭과 파장 이동에 대한 레이저의 명세가 완화되므로 고성능의 레이저를 필요로 하지 않는다. 따라서, 저렴한 레이저로도 작동가능한 광변조기를 제작할 수 있다.
물론, 상부 마이크로 미러(530a)와 하부 마이크로 미러(504a1~504a3)의 단차가 N*(λ/2)가 될 때 흑이 되고 N*(λ/4)가 될 때 명(white)이 되는데 이러한 단차의 형성과 변화는 상부 마이크로 미러(530a)를 상하로 이동시켜 형성한다.
도 5c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기의 절단 사시도이고, 도 5d는 도 5c의 B-B' 선에 따른 절단면도이다.
도 5c의 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 5e는 본 발명의 제3 실시예에 따른 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기의 절단 사시도이고, 도 5f는 C-C' 선에 따른 절단면도이다.
도면을 참조하면, 제 3 실시예에 따른 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기는 제1 및 제2 실시예의 회절형 광변조기와 달리 회절부재(510c)의 하부지지대(512c)가 실리콘 기판(501c)으로부터 돌출되어 이격 공간을 제공하며, 그 결과 회절부재(510c)는 상하로 이동가능하다.
즉, 회절부재(510c)는 입사되는 빛을 반사하여 회절시키기 위한 상부 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.
회절부재(510c)의 하부지지대(512c)는 회절부재(510c)에 이격 공간을 제공하기 위하여 돌출되어 있으며, 양측의 단부가 실리콘 기판(501c)에 부착되어 있다.
그리고, 실리콘 기판(501c)의 절연층(502c)에 돌기부(503c1~503c3)가 형성되어 있으며, 돌기부(503c1~503c3)의 상부는 하부 마이크로 미러(504c1~504c3)가 증착되어 있으며, 하부 마이크로 미러(504c1~504c3)는 입사되는 빛을 반사하여 회절시킨다. 여기에서 절연층의 광반사성을 가지고 있다면 별도의 마이크로 미러를 증착할 필요없이 절연층이 마이크로 미러의 역할을 하도록 할 수 있다.
회절부재(510c)는 리본 형상을 하고 있으며 중앙부분이 실리콘 기판(501c)으로부터 돌출하여 이격되어 위치하고 양끝단의 하면이 각각 실리콘 기판(501c)에 부착되어 있다.
회절부재(510c)의 상부의 좌우측에는 압전층(520c, 520c')이 적층되어 있으며, 압전층(520c, 520c')은 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(521c, 521c')과, 하부전극층(521c, 521c')에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(522c, 522c')과, 압전 재료층(522c, 522c')에 적층되어 있으며 압전재료층(522c, 522c')에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(523c, 523c')을 포함하고 있다.
회절부재(510c)는 상부전극층(523c, 523c')과 하부전극층(521c, 521c')에 전압이 인가되는 경우에 위로 업되어 입사되는 빛을 반사하여 회절시킬 수 있다.
하부 지지대(512c)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(504c1~504c3)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 (가) 부분과 하부 마이크로 미러(504c1~504c3)의 (나) 부분이 하나의 화소를 형성할 수 있도록 한다.
이때, 상부 마이크로 미러(530c)의 오픈홀(531c1~531c3)이 형성된 부분을 관통하여 입사광은 하부 마이크로 미러(504c1~504c3)의 해당 부분에 입사할 수 있으며 상부 마이크로 미러(530c)와 하부 마이크로 미러(504c1~504c3)가 λ/4의 홀수배가 될 때 최대의 회절광을 발생시킴을 알 수 있다.
이때, 본 발명에서는 도 5f에 도시되어 있는 것처럼 절연층(502c)의 상부에 돌출되어 있는 돌기부(503c1~503c3)에 의해 상부 마이크로 미러(530c)와 하부 마이크로 미러(504c1~504c3)의 단차가 거의 없도록 할 수 있다.
물론, 상부 마이크로 미러(530c)와 하부 마이크로 미러(504c1~504c3)의 단차가 N*(λ/2)가 될 때 흑이 되고 N*(λ/4)가 될 때 명(white)이 되는데 이러한 단차의 형성과 변화는 상부 마이크로 미러(530c)를 상하로 이동시켜 형성한다.
도 5g는 본 발명의 제4 실시예에 따른 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기의 절단 사시도이고, 도 5f는 도 5g의 D-D' 선에 따른 절단면도이다.
도면을 참조하면, 제 4 실시예에 따른 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기는 제3 실시예의 회절형 광변조기와 달리 오픈홀이 세로 방향으로 정렬되어 있다는 점이다. 그외의 구조는 도 5e와 동일하다.
도 6a 내지 도 6i는 본 발명의 일실시예에 따른 콘트라스트가 개선된 광변조 기의 제조방법의 공정도이다.
도 6a를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(601)를 준비하고, 이온 주입(ion implantation)으로 표면으로부터 공동을 형성하기를 원하는 깊이로부터 일정 깊이로 하부 보호층(602)을 형성한다.
다음으로, 도 6b를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(601) 위에 공동의 폭의 양쪽 경계를 정의하는 측벽 보호층(604a)을 형성하기 위해 해당 양쪽 경계 부분이 노출되어 있고, 돌기부(604b)를 형성하기 위한 사각모양으로 다수의 홀이 형성되어 있는 이온 노출 마스크(603)를 적층한다.
이러한 이온 노출 마스크(603)는 B, Al, Ga 등의 이온을 주입하는 경우에 노출된 부분으로만 이온이 주입되어 원하는 공동의 경계를 형성할 수 있는데, 이러한 과정을 거쳐 형성된 측벽 보호층(604a)이 도 6b에 도시되어 있으며, 돌기부(604b) 또한 도 6b에 도시되어 있다.
도 6c를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(601) 상에 원하는 측벽 보호층(604a)과 돌기부(604b)를 형성하기 위해서 이온 주입 장치에 의한 이온 주입이 완료되면, 이온 노출 마스크(603)를 제거한다.
그리고, 도 6d를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(601) 상에 압전 재료를 지지하기 위한 하부 지지대(605)를 증착하고, 하부 지지대(605) 위에 압전층(610)을 증착하게 되는데, 먼저 압전층(610)을 구성하는 하부 전극(611)을 형성하고, 하부 전극(611) 위에 압전 재료(612)를 그리고, 압전 재료(612)위에 상부 전극(613)을 형성한다. 이때, 마이크로 미러를 부착할 필요가 없는데, 그 이유는 공동 위에 존재하는 압전층(610)을 제거하고 하부 지지대(605) 위에 마이크로 미러(630)를 형성하기 때문이다.
그리고, 도 6e를 참조하면, 위에서 설명한 바와 같이 형성된 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이의 모체로부터 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이를 형성하기 위해서는 포토 레지스트 등의 마스크층을 사용하여 패터닝 한 후에 상부전극(613), 압전 재료(612), 하부 전극(611), 하부 지지대(605)를 에칭하여 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이를 형성한다.
도 6f를 참조하면, 이후에, 공동 위에 존재하는 압전층(610)을 제거하여 압전층(610)이 공동으로부터 좌우측에 위치하도록 한다.
도 6g를 참조하면, 압전층(610)이 제거된 하부 지지대(605) 위에 마이크로 미러(630)를 적층하며, 입사되는 빛이 반사되도록 한다. 여기에서는 마이크로 미러(630)를 공동 위에만 적층하였으나 압전층(610)의 전부에 적층할 수도 있다.
이후에, 도 6h를 참조하면 오픈홀 회절형 광변조기를 만들기 위하여 돌기부(604b)의 주변을 따라 마이크로 미러(630)와 하부 지지대(605)를 제거한다.
그리고, 도 6i를 참조하면, 이후에, 희생층(620)을 에칭하게 되며, 그 결과 희생층(620)이 에칭된 부분에 공동이 형성되어 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 상하 구동이 가능하도록 한다.
여기에서는, 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이의 모체로부터 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이를 형성한 후에, 희생층(620)을 제거하는 과정을 설명하였지만, 희생층(620)을 제거한 후에 마이크로 미러 어레이를 형성할 수도 있 다.
즉, 먼저 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이의 모체에서 희생층(620)을 에칭한 후에 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이의 모체에서 포토 레지스트 등의 마스크층을 사용하여 패터닝 한 후에 상부전극(613), 압전 재료(612), 하부 전극(611), 하부 지지대(605)를 에칭하여 마이크로 미러 어레이를 형성한다.
한편, 본 명세서에서는 압전 재료층은 단층인 경우를 주로 설명하였지만 압전 재료층이 여러층으로 적층된 다층형도 가능하다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 상부 미러와 하부 미러의 위치를 수평으로 맞출 수 있으므로 레이저 분산으로 인한 콘트라스트의 저하를 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 레이저 스펙트럼선폭 및 파장 이동에 대한 레이저의 명세가 완화되므로 고성능의 레이저가 필요하지 않아 저렴한 레이저로도 작동가능한 광변조기를 이용한 광학 장치의 제작이 가능하도록 한다.

Claims (10)

  1. 기판;
    리본 형상을 하고 있으며, 중앙 부분이 상기 기판에 이격되어 부유하고, 양끝단의 하면이 각각 상기 기판의 상면에 부착되어 있으며, 상기 기판으로부터 이격된 부분에 오픈홀이 구비되어 있고, 입사되는 광을 반사 또는 회절시키는 상부 마이크로 미러층;
    상기 기판의 상기 상부 마이크로 미러층의 오픈홀에 대응되는 위치에 돌기되어 있으며, 상면이 입사되는 광을 반사 또는 회절시키는 하부 마이크로 미러층; 및
    상기 상부 마이크로 미러층의 오픈홀이 형성된 중앙 부분을 상하로 이동시켜 상기 상부 마이크로 미러층과 상기 하부 마이크로 미러층이 평면거울이 되도록 하는 제1 위치와 광을 회절시키는 제2 위치 사이를 이동시키는 구동 수단을 포함하여 이루어진 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 이격 공간을 제공하기 위한 함몰부를 가지며;
    상기 하부 마이크로 미러층이 상기 기판의 함몰부에 돌기되어 있고;
    상기 상부 마이크로 미러층은 중앙 부분이 상기 기판의 함몰부로부터 이격되어 부유하여 구동 공간을 확보하는 것을 특징으로 하는 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 표면이 평평하고;
    상기 상부 마이크로 미러층은 중앙 부분이 상기 기판으로부터 이격되어 부유하여 구동 공간을 확보하는 것을 특징으로 하는 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 마이크로 미러층은 상기 기판을 가로지르는 방향과 동일한 방향으로 정렬되어 있는 복수의 오픈홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 마이크로 미러층은 상기 상부 마이크로 미러층이 상기 기판을 가로지는 방향과 교차되도록 정렬되어 있는 복수의 오픈홀을 포함하는 것읕 특징으로 하는 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기.
  6. 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 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기.
  7. 제 6 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 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기.
  8. 제 6 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 제공하 기 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 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 수단은,
    상기 상부 마이크로 미러층을 상부 전극으로 하고;
    상기 하부 마이크로 미러층을 하부 전극으로 하며, 상기 상부 마이크로 미러 층과 상기 하부마이크로 미러층 사이에 형성된 정전기력에 의해 상기 상부 마이크로 미러층이 상하 이동되는 것을 특징으로 하는 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 수단은,
    상기 상부 마이크로 미러층을 전자기력을 이용하여 상하 구동시키는 전자기력 구동수단인 것을 특징으로 하는 콘트라스트가 개선된 회절형 광변조기.
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