KR20050104759A - Vibrating diffractive optical modulator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 변조 유닛별 진동형 회절 광 변조기에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 회절의 한 단위를 이루는 마이크로미러 픽셀 유닛을 소정 주파수로 진동시킴으로써 필요한 픽셀 유닛수를 줄일 수 있는 개선된 진동형 회절 광 변조기에 관한 것이다.The present invention relates to a vibration diffractive light modulator for each modulation unit. More specifically, the present invention relates to an improved vibrating diffractive light modulator that can reduce the number of pixel units needed by vibrating the micromirror pixel units constituting one unit of diffraction at a predetermined frequency.
본 발명의 픽셀 유닛별 진동형 광 변조기는, 인가되는 전압에 따라 입사된 광을 회절시켜 피사체로 전달하는 다수의 마이크로미러 픽셀 유닛; 상기 다수의 마이크로미러 픽셀 유닛을 지지하는 서브 기판; 상기 서브 기판에 고정되어 인가되는 전압에 따라 소정 주파수로 상기 마이크로미러 픽셀 유닛을 진동시키는 다수의 진동 유닛; 및 상기 다수의 진동 유닛들을 지지하는 기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.Vibration-type optical modulator for each pixel unit of the present invention, a plurality of micromirror pixel unit for diffracting the incident light in accordance with the voltage applied to the subject; A sub substrate supporting the plurality of micromirror pixel units; A plurality of vibration units for vibrating the micromirror pixel unit at a predetermined frequency according to a voltage applied to the sub-substrate; And a substrate supporting the plurality of vibration units.
Description
본 발명은 진동형 회절 광 변조기에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 회절의 한 단위를 이루는 마이크로미러 픽셀 유닛을 소정 주파수로 진동시킴으로써 필요한 픽셀 유닛수를 줄일 수 있는 개선된 진동형 회절 광 변조기에 관한 것이다.The present invention relates to a vibrating diffractive light modulator. More specifically, the present invention relates to an improved vibrating diffractive light modulator that can reduce the number of pixel units needed by vibrating the micromirror pixel units constituting one unit of diffraction at a predetermined frequency.
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.In general, optical signal processing has advantages of high speed, parallel processing capability, and large-capacity information processing, unlike conventional digital information processing, which cannot process a large amount of data and real-time processing, and design a binary phase filter using spatial light modulation theory. Research on fabrication, optical logic gates, optical amplifiers, image processing techniques, optical devices, optical modulators, etc. The dual spatial optical modulator is used in the fields of optical memory, optical display, printer, optical interconnection, hologram, and the like, and research on the development of a display device using the same is underway.
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.Such a spatial light modulator is, for example, a reflective deformable grating light modulator 10 as shown in FIG. 1. Such a modulator 10 is disclosed in US Pat. No. 5,311,360 to Bloom et al. The modulator 10 includes a plurality of regularly spaced deformable reflective ribbons 18 having reflective surface portions and suspended above the substrate 16. An insulating layer 11 is deposited on the silicon substrate 16. Next, deposition of the sacrificial silicon dioxide film 12 and the low stress silicon nitride film 14 is followed. The nitride film 14 is patterned from the ribbon 18 and a portion of the silicon dioxide layer 12 is etched so that the ribbon 18 is retained on the oxide spacer layer 12 by the nitride frame 20. In order to modulate light with a single wavelength [lambda] 0, the modulator is designed such that the thickness of the ribbon 18 and the thickness of the oxide spacers 12 are [lambda] 0/4.
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. The lattice amplitude of this modulator 10, defined by the vertical distance d between the reflective surface 22 on the ribbon 18 and the reflective surface of the substrate 16, is the ribbon 18 (the ribbon 16 serving as the first electrode). Is controlled by applying a voltage between the reflective surface 22 of the substrate 16 and the substrate 16 (the conductive film 24 under the substrate 16 serving as the second electrode). In the undeformed state, i.e., without any voltage applied, the grating amplitude is equal to [lambda] 0/2, and the total path difference between the ribbon and the light reflected from the substrate is equal to [lambda] 0, thus reinforcing the phase to this reflected light. Thus, in the undeformed state, the modulator 10 reflects light as a planar mirror. The undeformed state is indicated as 20 in FIG. 2 showing incident light and reflected light.
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. When a proper voltage is applied between the ribbon 18 and the substrate 16, electrostatic forces deform the ribbon 18 in the down position toward the surface of the substrate 16. In the down position, the grating amplitude changes to equal λ 0/4. The total path difference is half of the wavelength, and the light reflected from the modified ribbon 18 and the light reflected from the substrate 16 have a destructive interference. As a result of this interference, the modulator diffracts incident light 26. The modified state is represented by 28 and 30 in FIG. 3, showing light diffracted in the +/- diffraction modes (D + 1, D-1).
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. The adhesion between the ribbon 18 and the substrate 16 during the wet process used to form the space under the ribbon 18 and during the operation of the modulator 10 proved to be a major problem in this device.
이러한 문제점을 해결하기 위한 개선된 종래 기술로는 실리콘 라이트 머신즈사의 국내 출원번호 10-2000-7014798의 "2차원 이미지를 형성하기 위해 입사광 빔을 변조시키는 방법 및 장치"가 있다.An improved prior art for solving this problem is "Method and Apparatus for Modulating an Incident Light Beam to Form a Two-Dimensional Image" of Silicon Light Machines, National Application No. 10-2000-7014798.
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.In the disclosed "method and apparatus for modulating an incident light beam to form a two-dimensional image", the diffraction grating light valve comprises a plurality of elongated elements each having a reflective surface. The elongated elements are parallel to each other on top of the substrate, with supported ends and aligned to form a row of adjacent reflective surfaces (GLV array). The elongated elements form a group according to the display elements. Each group is alternating by alternately applying a voltage to the substrate. The nearly planar center of each deformed elongated element is substantially parallel at a predetermined distance from the center of each undeformed element. The preset distance is chosen to be 1/3 to 1/4 of the distance between the undeformed reflective surface and the substrate so that the deformed elongated element does not contact the surface of the substrate. By preventing contact with the substrate, elongated elements are prevented from adhering to the substrate. In addition, by limiting the preset distance, hysteresis to deform the elongated element is prevented.
도 4는 개선된 종래 기술에 따른 변형되지 않은 상태에서 GLV의 가늘고 긴 엘리먼트(100)의 측단면도를 도시한다. 도 4에서, 가늘고 긴 엘리먼트(100)는 그 단부에 의해 기판(구성층 포함) 표면 상에 부유된다. 도 4에서 도면부호 102는 에어 스페이스를 나타낸다. 4 shows a side cross-sectional view of the elongate element 100 of the GLV in the undeformed state according to the improved prior art. In FIG. 4, the elongate element 100 is suspended on the substrate (including the constituent layer) surface by its end. In FIG. 4, reference numeral 102 denotes an air space.
도 5은 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. 5 shows a plan view of a portion of a GLV that includes six elongated elements 100. The elongated elements 100 have the same width and are arranged parallel to each other. The elongated elements 100 are separated from one another in a small space, thereby allowing each elongated element 100 to be selectively deformed with respect to other elements.
도 6은 변형되지 않은 가늘고 긴 엘리먼트(100)를 가진 디스플레이 엘리먼트(100)의 정면도를 도시한다. 도 6에 도시된 도면은 도 4에 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.6 shows a front view of the display element 100 with the elongated element 100 unmodified. 6 is a view taken along the line A-A 'shown in FIG. The undeformed state is selected by equalizing the bias on each elongated element 100 relative to the conductor layer 106. Since the reflective surface of the elongate element 100 is substantially co-planar, light incident on the elongate element 100 is reflected.
도 7은 변형된 가늘고 긴 엘리먼트(100)가 교대로 배치된 디스플레이 엘리먼트(200)의 정면도를 도시한다. 도 7에서 도시된 도면은 도 4에 도시된 선 A-A'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)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. FIG. 7 shows a front view of the display element 200 with alternating elongated elements 100 alternately arranged. The figure shown in FIG. 7 is cut along the line A-A 'shown in FIG. The elongated ribbon 100, which has not been substantially removed, is held in the desired position by the applied bias voltage. The strained state in the moving elongated ribbon 100 is achieved by alternately applying a drive voltage to the elongated element 100 relative to the conductor layer 106. The vertical distance d1 is approximately planar with respect to the central portion 102, thus defining the grating amplitude of the GLV. The grating amplitude d1 can be adjusted by adjusting the drive voltage on the driven elongated element 100. This allows precise tuning of the GLV at the optimum contrast ratio.
그러나, 실리콘 라이트 머신즈사의 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.However, Silicon Light Machines' optical modulator uses an electrostatic method to control the position of the micromirror, in which case the operating voltage is relatively high (usually around 30V) and the relationship between the applied voltage and the displacement is not linear. As a result, there is a disadvantage that the reliability is not high in controlling the light.
이러한 문제점을 해결하기 위한 국내 특허출원번호 제 P2003-077389호에는 박막 압전 광변조기 및 그 제조방법이 개시되어 있다.In order to solve this problem, Korean Patent Application No. P2003-077389 discloses a thin film piezoelectric optical modulator and a method of manufacturing the same.
도 8a 내지 8c는 개선된 기술에 따른 함몰형 박막 압전 광변조기의 절단면도이다.8A through 8C are cutaway views of a recessed thin film piezoelectric optical modulator according to an improved technique.
도 8a를 참조하면, 개선된 기술의 일실시예에 따른 함몰형 박막 압전 광변조기는 입사되는 빛을 반사하여 회절시키기 위한 마이크로 미러층(1015a)을 가지며 실리콘 기판(1001a)의 함몰부에 부유하는 엘리멘트(1010a)를 포함한다. Referring to FIG. 8A, a recessed thin film piezoelectric optical modulator according to an embodiment of the improved technology has a micromirror layer 1015a for reflecting and diffracting incident light and floating on a recessed portion of the silicon substrate 1001a. An element 1010a.
이러한 엘리멘트(1010a)는 도 10a에 도시된 바와 같이 일정한 폭을 가지며 다수가 일정하게 정렬하여 함몰형 박막 압전 광변조기를 구성한다. 또한, 이러한 엘리멘트(1010a)는 도 10b에 도시된 바와 같이 서로 다른 폭을 가지며 교번하여 정렬하여 함몰형 박막 압전 광변조기를 구성한다. 또한, 이러한 엘리멘트(1010a)는 도 10c에 도시된 바와 같이 일정간격(거의 엘리멘트(1010a)의 폭과 같은 거리)을 두고 이격되어 위치할 수 있으며 이 경우에 실리콘 기판(1001a)의 상면의 전부에 마이크로 미러층(1020)이 적층되어 입사된 빛을 반사하여 회절시킨다. The element 1010a has a constant width as shown in FIG. 10A and a plurality of elements are uniformly arranged to form a recessed thin film piezoelectric optical modulator. In addition, the elements 1010a have different widths and alternately arranged as shown in FIG. 10B to form a recessed thin film piezoelectric optical modulator. In addition, the elements 1010a may be spaced apart from each other at a predetermined distance (almost the same distance as the width of the elements 1010a) as shown in FIG. 10C, and in this case, all of the upper surfaces of the silicon substrate 1001a. The micromirror layer 1020 is stacked to reflect and diffract the incident light.
실리콘 기판(1001a)은 엘리멘트(1010a)에 에어 스페이스를 제공하기 위하여 함몰부를 구비하고 있으며, 절연층(1002a)이 상부 표면에 증착되어 있고, 함몰부의 양측에 엘리멘트(1010a)의 단부가 부착되어 있다. The silicon substrate 1001a has a depression to provide air space to the element 1010a, an insulating layer 1002a is deposited on the upper surface, and ends of the element 1010a are attached to both sides of the depression. .
엘리멘트(1010a)는 막대 형상을 하고 있으며 중앙부분이 실리콘 기판(1001a)의 함몰부에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 실리콘 기판(1001a)의 함몰부를 벗어난 양측지역에 부착되어 있고, 마이크로 미러층(1015a)가 상부에 적층되어 있으며, 실리콘 기판(1001a)의 함몰부에 위치한 부분이 상하로 이동가능한 하부지지대(1011a)를 포함한다.The elements 1010a have a rod shape, and the bottom surfaces of both ends are attached to both side regions outside the depressions of the silicon substrate 1001a so that the center portion is spaced apart from the depressions of the silicon substrate 1001a. The layer 1015a is stacked on top, and the portion located in the depression of the silicon substrate 1001a includes a lower support 1011a that is movable up and down.
또한, 엘리멘트(1010a)는 하부지지대(1011a)에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(1012a)와, 하부전극층(1012a)에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(1013a)와, 압전 재료층(1013a)에 적층되어 있으며 압전재료층(1013a)에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(1014a)와, 상부전극층(1014a)에 적층되어 있으며 입사되는 빔을 반사하여 회절시키기 위한 마이크로 미러층(1015a)를 포함하고 있다.In addition, the element 1010a is stacked on the lower support 1011a, and is stacked on the lower electrode layer 1012a and the lower electrode layer 1012a for providing a piezoelectric voltage, and contracts and expands when voltage is applied to both sides. It is laminated on the piezoelectric material layer 1013a for generating the driving force, the piezoelectric material layer 1013a, and on the upper electrode layer 1014a for providing a piezoelectric voltage to the piezoelectric material layer 1013a, and on the upper electrode layer 1014a. And a micromirror layer 1015a for reflecting and diffracting the incident beam.
엘리멘트(1010a)는 상부전극층(1013a)와 하부전극층(1012a)에 전압이 인가되는 경우에 도 9a에 도시된 바와 같이 아래로 다운되어 입사되는 빛을 반사하여 회절시킬 수 있게 된다.When the voltage is applied to the upper electrode layer 1013a and the lower electrode layer 1012a, the element 1010a can be diffracted by reflecting down the incident light as shown in FIG. 9A.
그리고, 도 8b 및 9b를 참조하면, 압전재료층(1013b, 1013b')이 양측면에 위치하여 상하 구동력을 발생하고 있음을 알 수 있으며, 도 8c 및 9c를 참조하면 압전재료층(1013c)이 중앙 부위에 위치하여 상하 구동력을 발생하고 있음을 알 수 있다.8B and 9B, it can be seen that the piezoelectric material layers 1013b and 1013b 'are positioned on both sides to generate vertical driving force. Referring to FIGS. 8C and 9C, the piezoelectric material layer 1013c is centered. It can be seen that the position is generated in the vertical driving force.
도 11a 내지 11c 는 개선된 기술에 따른 도출형 박막 압전 광변조기의 절단면도이다.11A-11C are cross-sectional views of a lead-out thin film piezoelectric optical modulator according to an improved technique.
도 11a를 참조하면, 개선된 기술의 일실시예에 따른 도출형 박막 압전 광변조기는 함몰형 박막 압전 광변조기와 달리 엘리멘트(2010a)의 하부지지대(2011a)가 실리콘 기판(2001a)으로부터 도출되어 에어 스페이스를 제공하며, 그 결과 엘리멘트(2010a)는 상하로 이동가능하다.Referring to FIG. 11A, unlike the recessed thin film piezoelectric optical modulator, the lead-type thin film piezoelectric optical modulator according to an embodiment of the improved technology has the lower support 2011a of the element 2010a drawn from the silicon substrate 2001a to provide air. Provide space, and as a result the element 2010a is movable up and down.
즉, 엘리멘트(2010a)는 입사되는 빛을 반사하여 회절시키기 위한 마이크로 미러층(2015a)을 가지며 실리콘 기판(2001a)의 도출부에 부유하여 상하로 이동가능하다. That is, the element 2010a has a micromirror layer 2015a for reflecting and diffracting incident light, and the element 2010a floats in the lead portion of the silicon substrate 2001a and is movable up and down.
이러한 엘리멘트(2010a)는 도 13a에 도시된 바와 같이 일정한 폭을 가지며 다수가 일정하게 정렬하여 함몰형 박막 압전 광변조기를 구성한다. 또한, 이러한 엘리멘트(2010a)는 도 13b에 도시된 바와 같이 서로 다른 폭을 가지며 교번하여 정렬하여 함몰형 박막 압전 광변조기를 구성한다. 또한, 이러한 엘리멘트(2010a)는 도 13c에 도시된 바와 같이 일정간격(거의 엘리멘트(2010a)의 폭과 같은 거리)을 두고 이격되어 위치할 수 있으며 이 경우에 실리콘 기판(2001a)의 상면의 전부에 마이크로 미러층(2020)이 적층되어 입사된 빛을 반사하여 회절시킨다. The element 2010a has a constant width as shown in FIG. 13A and a plurality of elements are uniformly arranged to form a recessed thin film piezoelectric optical modulator. In addition, the elements 2010a have different widths and alternately arranged as shown in FIG. 13B to form a recessed thin film piezoelectric optical modulator. In addition, the elements 2010a may be spaced apart from each other at a predetermined interval (a distance substantially equal to the width of the elements 2010a), as shown in FIG. 13C, and in this case, all the upper surfaces of the silicon substrate 2001a may be disposed. The micromirror layer 2020 is stacked to reflect and diffract incident light.
엘리멘트(2010a)의 하부지지대(2011a)는 엘리멘트(2010a)에 에어 스페이스를 제공하기 위하여 도출되어 있으며, 양측의 단부가 실리콘 기판(2001a)에 부착되어 있다.The lower support 2011a of the element 2010a is derived to provide an air space to the element 2010a, and both ends thereof are attached to the silicon substrate 2001a.
엘리멘트(2010a)는 막대 형상을 하고 있으며 중앙부분이 실리콘 기판(2001a)으로부터 도출하여 이격되어 위치하고 양끝단의 하면이 각각 실리콘 기판(2001a)에 부착되어 있고, 마이크로 미러층(2015a)가 상부에 적층되어 있으며, 실리콘 기판(2001a)의 함몰부에 위치한 부분이 상하로 이동가능한 하부지지대(2011a)를 포함한다.The element 2010a has a rod shape, the center part is separated from the silicon substrate 2001a, and the bottom surface of each end is attached to the silicon substrate 2001a, and the micro mirror layer 2015a is laminated on the top. The portion located in the depression of the silicon substrate 2001a includes a lower support 2011a that is movable up and down.
또한, 엘리멘트(2010a)는 하부지지대(2011a)에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(2012a)와, 하부전극층(2012a)에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(2013a)와, 압전 재료층(2013a)에 적층되어 있으며 압전재료층(2013a)에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(2014a)와, 상부전극층(2014a)에 적층되어 있으며 입사되는 빔을 반사하여 회절시키기 위한 마이크로 미러층(2015a)를 포함하고 있다.In addition, the element 2010a is stacked on the lower support 2011a, and is stacked on the lower electrode layer 2012a and the lower electrode layer 2012a for providing a piezoelectric voltage, and contracts and expands when voltage is applied to both surfaces. It is laminated on the piezoelectric material layer 2013a for generating the driving force, the piezoelectric material layer 2013a, and the upper electrode layer 2014a for providing the piezoelectric voltage to the piezoelectric material layer 2013a, and the upper electrode layer 2014a. A micro mirror layer 2015a for reflecting and diffracting the incident beam is included.
엘리멘트(2010a)는 상부전극층(2013a)와 하부전극층(2012a)에 전압이 인가되는 경우에 도 12a에 도시된 바와 같이 아래로 다운되어 입사되는 빛을 반사하여 회절시킬 수 있게 된다.When the voltage is applied to the upper electrode layer 2013a and the lower electrode layer 2012a, the element 2010a can be diffracted by reflecting down incident light as shown in FIG. 12A.
그리고, 도 11b 및 12b를 참조하면, 압전재료층(2013b, 2013b')이 양측면에 위치하여 상하 구동력을 발생하고 있음을 알 수 있으며, 도 11c 및 12c를 참조하면 압전재료층(2013c)이 중앙 부위에 위치하여 상하 구동력을 발생하고 있음을 알 수 있다.11B and 12B, it can be seen that the piezoelectric material layers 2013b and 2013b ′ are positioned at both sides to generate vertical driving force. Referring to FIGS. 11C and 12C, the piezoelectric material layers 2013c are centered. It can be seen that the position is generated in the vertical driving force.
한편, 블름, 삼성전기 등의 특허에서 기술한 종류의 광변조기는 이미지를 디스플레이하기 위한 구조물을 형성하기 위하여 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. 회절광만을 검출하는 광학 시스템을 디스플레이가 가질 경우, 리본 등의 엘리멘트에 전압이 인가되지 않아 리본등이 상부 위치를 유지할 때 화소는 어두운 상태, 즉 오프되며 리본등에 전압이 인가되어 리본등이 기판으로 하방향으로 당겨질 때 화소는 밝은 상태 즉, 온된다. 디스플레이 시스템을 설계하는 가장 중요한 문제는 어두운 화소와 밝은 화소 사이의 대비도(contrast ratio)이다. 또한, 디스플레이 시스템을 설계하는 가장 중요한 문제는 최근의 전자제품의 소형화와 고집적화의 경향에 비추어 보았을 때 초소형화와 고집적화를 달성하는 것이다. Meanwhile, optical modulators of the type described in the patents of BLUM, Samsung Electro-Mechanics, etc. may be used to form a structure for displaying an image. In this case, at least two adjacent elements may form one pixel. Of course, three may be one pixel, four may be one pixel, or six may be one pixel. If the display has an optical system that detects only diffracted light, when no voltage is applied to an element such as a ribbon and the ribbon lamp is kept in the upper position, the pixels are dark, that is, the voltage is applied to the ribbon lamp so that the ribbon lamp is applied to the substrate. When pulled downward, the pixel is in a bright state, ie on. The most important problem in designing a display system is the contrast ratio between dark and bright pixels. In addition, the most important problem in designing a display system is to achieve miniaturization and high integration in view of the recent trend of miniaturization and high integration of electronic products.
그러나, 블름, 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.However, optical modulators of the type described in the patents of BLUM, Samsung Electro-Mechanics, etc. have certain limitations in achieving miniaturization. That is, no matter how small the width of the element of the optical modulator can be less than 3um, there is a limit that the distance between the element and the element can not be smaller than 0.5um.
다수개의 픽셀 어레이를 스캐닝하기 위해서는 그와 동일한 수의 픽셀 유닛을 구비한 광 변조기가 요구된다. 그러나, 이러한 방식은 고가의 픽셀 유닛을 많이 요구하므로 비효율적이다. Scanning multiple arrays of pixels requires an optical modulator with the same number of pixel units. However, this approach is inefficient because it requires many expensive pixel units.
따라서, 위와 같은 문제를 해결하기 위해 적은 수의 픽셀 유닛으로도 다수의 픽셀을 스캐닝할 수 있는 효율이 높은 광 변조기가 요구된다.Therefore, in order to solve the above problem, a highly efficient optical modulator capable of scanning a plurality of pixels even with a small number of pixel units is required.
본 발명의 목적은 스캐닝에 필요한 픽셀 유닛 수를 획기적으로 줄일 수 있는 회절 광변조기를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a diffractive light modulator that can dramatically reduce the number of pixel units required for scanning.
본 발명에 따른 픽셀 유닛별 진동형 광 변조기는, 인가되는 전압에 따라 입사된 광을 회절시키는 다수의 마이크로미러 픽셀 유닛; 인가되는 전압에 따라 소정 주파수로 상기 마이크로미러 픽셀 유닛을 진동시키는 다수의 진동 유닛; 및 상기 서브기판들을 지지하는 기판을 포함하는 것을 특징으로 한다. Vibration-type optical modulator for each pixel unit according to the present invention comprises a plurality of micromirror pixel units for diffracting the incident light in accordance with the applied voltage; A plurality of vibration units for vibrating the micromirror pixel unit at a predetermined frequency according to an applied voltage; And a substrate supporting the sub substrates.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도14a는 본 발명에 따른 박막형 진동 회절 광 변조기 어레이(1400)의 단면을 나타내고, 도14b는 본 발명에 따른 박막형 진동 회절 광 변조기 어레이(1400)의 동작을 나타낸다. 14A shows a cross section of a thin film type vibration diffraction light modulator array 1400 according to the present invention, and FIG. 14B shows an operation of a thin film type vibration diffraction light modulator array 1400 according to the present invention.
도14a 및 도14b는 본 발명의 일 실시예로서 압전/전왜 구동에 의한 픽셀 유닛(1405)을 도시하고 있다. 픽셀 유닛(1405)은 다수개의 액추에이팅 셀(1404)로 구성되며, 여기에서는 4개의 액추에이팅 셀(1404)로 구성된 예를 도시하고 있다. 14A and 14B show the pixel unit 1405 by piezoelectric / electric distortion driving as an embodiment of the present invention. The pixel unit 1405 is composed of a plurality of actuating cells 1404, which shows an example composed of four actuating cells 1404.
광 변조기 픽셀 유닛(1405)은 입사된 단일빔(1415) 형태의 선형광을 회절시켜 소정의 회절계수를 갖는 회절빔을 형성한 피주사체로 주사시키는 것으로서, 회절된 광은 0차 회절빔(1411) 및 ±1차 회절빔(1412,1413)을 포함한다. The optical modulator pixel unit 1405 diffracts the linear light in the form of the incident single beam 1415 and scans it into a subject formed with a diffraction beam having a predetermined diffraction coefficient. The diffracted light is a zero-order diffraction beam 1411. ) And ± first order diffraction beams 1412,1413.
본 발명에 따른 진동 회절형 광변조기(1400)는, 도 14a에 도시된 바와 같이, 인가되는 전압에 따라 입사된 광을 회절시켜 피사체로 전달하는 다수의 마이크로미러 픽셀 유닛(1405), 인가되는 전압에 따라 소정 주파수로 상기 마이크로미러 픽셀 유닛을 진동시키는 다수의 진동 유닛(1409), 및 상기 다수의 진동 유닛들을 지지하는 기판(1410)을 포함하여 구성된다. In the vibration diffraction type optical modulator 1400 according to the present invention, as illustrated in FIG. 14A, a plurality of micromirror pixel units 1405 diffracting incident light according to an applied voltage and transferring the light to a subject are applied to the subject. And a plurality of vibration units 1409 for vibrating the micromirror pixel unit at a predetermined frequency, and a substrate 1410 for supporting the plurality of vibration units.
상기 각 픽셀 유닛(1405)은 다수의 액추에이팅 셀(1404)로 구성되며 상기 액추에이팅 셀(1404)은 각각 전압을 인가하기 위한 상부 전극층(1401), 하부 전극층(1402) 및 인가된 전압에 따라 수축 또는 팽창하는 압전 재료층(1402)으로 구성되고, 외부로부터 인가되는 구동 전원에 의해 상하로 구동된다. 상기 상부 전극층(1401)은 전압을 인가하는 동시에 광을 반사시키는 마이크로미러 역할도 한다. Each pixel unit 1405 is composed of a plurality of actuating cells 1404, and the actuating cells 1404 are each of an upper electrode layer 1401, a lower electrode layer 1402, and an applied voltage for applying a voltage. It is composed of a piezoelectric material layer 1402 that contracts or expands in accordance with, and is driven up and down by a driving power source applied from the outside. The upper electrode layer 1401 also serves as a micromirror that reflects light while applying a voltage.
진동 유닛(1409)은 중앙 부분에 에어 스페이스를 제공하기 위한 함몰부가 형성되어 있는 소정 서브기판(1414), 상기 서브 기판 상에 형성되어 있는 절연층(1408) 및 불변 소자(1406) 및 압전 소자(1407)로 구성된 압전 진동자로 구성된다. The vibration unit 1409 includes a predetermined sub substrate 1414 having a recess for providing an air space in a central portion thereof, an insulating layer 1408 and an invariant element 1406 and a piezoelectric element formed on the sub substrate. And a piezoelectric vibrator composed of 1407.
상기 각 픽셀 유닛(1405)은 상기 압전 진동자에 의해 상기 기판(1408)에 고정된다. 미도시된 전극을 통해 상기 압전 소자(1407)에 소정의 전압이 인가되면 인가 전압에 따라 압전 소자(1407)의 길이가 늘어나거나 줄어들려고 하지만 불변소자(1406)는 그 길이가 변화하지 않기 때문에 압전 진동자가 좌우로 진동하게 된다. 이 진동에 의해 픽셀 유닛(1405)은 도14b의 화살표 방향으로 진동을 하게 된다. Each pixel unit 1405 is fixed to the substrate 1408 by the piezoelectric vibrator. When a predetermined voltage is applied to the piezoelectric element 1407 through an electrode (not shown), the length of the piezoelectric element 1407 is increased or decreased depending on the applied voltage, but the invariant element 1406 does not change the length of the piezoelectric element. The vibrator vibrates from side to side. This vibration causes the pixel unit 1405 to vibrate in the direction of the arrow in Fig. 14B.
이러한 진동에 의해 회절된 광(1411,1412,1413)은 실선으로 도시된 광 및 점선으로 도시된 광을 교대로 스캐닝하게 된다.The light 1411, 1412, 1413 diffracted by this vibration alternately scans the light shown by the solid line and the light shown by the dotted line.
도15a 및 도15b는 본 발명의 진동형 회절 광 변조기에 의한 스캐닝 동작을 나타낸다. 15A and 15B show a scanning operation by the oscillating diffractive light modulator of the present invention.
도15a에 도시된 바와 같이, 예컨대 횡으로 놓인 720개의 픽셀 어레이(1415)를 스캐닝할 때 광변조기의 각 픽셀 유닛을 상하로 진동시켜 피사체의 2개의 픽셀을 스캐닝하도록 하면 종래에 필요한 픽셀수의 절반인 360개의 픽셀 유닛(1405)을 갖는 광 변조기로도 720개의 픽셀 어레이를 스캐닝할 수 있다. As shown in Fig. 15A, for example, when scanning a horizontally arranged 720 pixel array 1415, each pixel unit of the optical modulator is oscillated up and down to scan two pixels of a subject, which is half of the number of conventionally required pixels. An optical modulator with 360 pixel units 1405 can also scan a 720 pixel array.
즉, 도15a의 빗금친 픽셀과 빗금이 없는 사각형을 빠른 속도로 번갈아 가며 스캐닝하도록 하게 되면, 각각 하나의 픽셀 유닛으로 스캐닝하는 것과 동일한 효과를 가져온다. 또한, 하나의 픽셀 유닛을 진동시켜 3개 또는 그 이상의 픽셀을 스캐닝하도록 진동하면 그 이하의 픽셀 유닛으로도 픽셀 어레이를 스캐닝할 수 있다. In other words, scanning alternately the hatched pixels of FIG. 15A and the non-hatched rectangles at high speed produces the same effect as scanning each pixel unit. In addition, by vibrating one pixel unit to scan three or more pixels, the pixel array can be scanned with fewer pixel units.
이와 같이 진동에 의해 픽셀 유닛(1405)이 하나 또는 그 이상의 픽셀 주사 위치 사이를 소정 주파수로 빠르게 스위칭함으로써 하나의 픽셀 유닛이 두 개 이상의 픽셀 유닛(1405)을 대체할 수 있다. As such, one pixel unit may replace two or more pixel units 1405 by virtue of the pixel unit 1405 rapidly switching between one or more pixel scanning positions by a predetermined frequency.
또한, 도15b에 도시된 바와 같이 각 픽셀 유닛을 좌우로 진동시켜 2개 또는 그 이상의 픽셀(1416)을 스캐닝하도록 하면, 예컨대 1280개의 픽셀 어레이를 절반 또는 그 이하의 픽셀 유닛을 갖는 광 변조기로 스캐닝할 수 있다. Further, as shown in Fig. 15B, each pixel unit is oscillated from side to side to scan two or more pixels 1416, for example, scanning an array of 1280 pixels with an optical modulator having half or less pixel units. can do.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 액추에이팅 셀(1404)은 상기 진동 유닛(1409)의 서브 기판(1414) 또는 절연층(1408)에 밀착된 구조, 즉 후막 구조일 수도 있다. 액추에이팅 셀(1404)이 후막구조인 경우에는 박막구조인 경우와 달리 서브 기판(1414) 상에 함몰부를 형성할 필요가 없다.In one embodiment of the present invention, the actuating cell 1404 may have a structure in close contact with the sub-substrate 1414 or the insulating layer 1408 of the vibration unit 1409, that is, a thick film structure. In the case where the actuating cell 1404 has a thick film structure, it is not necessary to form a depression on the sub substrate 1414 unlike the case of the thin film structure.
이 때, 하부 전극(1403)은 박막 구조의 액추에이팅 셀(1404)을 구성하는 소정의 서브기판(1414)상에 형성되어 외부로부터 인가되는 구동전압을 압전/전왜층(1402)에 제공하는 것으로서, Pt, Ta/Pt, Ni, Au, Al, RuO2 등의 전극 재료에 대한 스퍼터링 또는 증착방법에 의하여 서브기판(1414)상에 형성시킨다. In this case, the lower electrode 1403 is formed on a predetermined sub substrate 1414 constituting the actuating cell 1404 having a thin film structure to provide the piezoelectric / electric strain layer 1402 with a driving voltage applied from the outside. It is formed on the sub-substrate 1414 by sputtering or vapor deposition of electrode materials such as Pt, Ta / Pt, Ni, Au, Al, RuO2, and the like.
여기서, 박막 구조를 갖는 액추에이팅 셀(1405)의 압전/전왜층(322)을 지지하기 위하여 서브기판(1407)상에 증착되어 형성되는 것으로서, SiO2, Si3N4, Si, ZrO2, Al2O3 등의 재료로 구성되는 하부 지지대를 추가로 포함할 수 있다. In this case, it is deposited on the sub-substrate 1407 to support the piezoelectric / distortion layer 322 of the actuating cell 1405 having a thin film structure, materials such as SiO2, Si3N4, Si, ZrO2, Al2O3, etc. It may further comprise a lower support consisting of.
압전 재료층(1402)은 외부로부터 인가되는 구동 전원에 연동하여 발생하는 압전 현상에 의하여 상·하 방향 또는 좌.우 방향으로 길이가 변화하는 소정의 압전/전왜 재료, 보다 구체적으로는, PzT, PNN-PT, ZnO. Pb, Zr 또는 타이타늄 등의 압전/전왜 재료를 습식(스크린 프린팅, Sol-Gel coting 등) 및 건식 방법(스퍼터링, Evaporation, Vapor Deposition 등)을 통하여 0.01~20.0㎛ 범위로 상기 하부 전극(1403)상에 형성된다. The piezoelectric material layer 1402 is a predetermined piezoelectric / electric distortion material whose length is changed in an up-down direction or a left-right direction by a piezoelectric phenomenon generated in conjunction with a driving power source applied from the outside, more specifically, PzT, PNN-PT, ZnO. Piezoelectric / electrical distortion materials such as Pb, Zr or titanium are wetted (screen printing, Sol-Gel coting, etc.) and dry methods (sputtering, evaporation, vapor deposition, etc.) on the lower electrode 1403 on the lower electrode 1403. Is formed.
상부 전극(1401)은 상기 압전/전왜층(1402)의 상부에 형성되어 입사되는 입사광에 대한 반사 및 회절을 수행하는 것으로서, 보다 구체적으로는 Pt, Ta/Pt, Ni, Au, Al, RuO2 등의 전극재료를 스퍼터링 또는 증착 방법을 통하여 0.01~3㎛ 범위로 형성된다. The upper electrode 1401 is formed on the piezoelectric / distortion layer 1402 to perform reflection and diffraction on incident light, more specifically, Pt, Ta / Pt, Ni, Au, Al, RuO2, or the like. The electrode material of is formed in the range of 0.01 ~ 3㎛ through sputtering or deposition method.
이때, 상부 전극(1401)은 외부로부터 입력되는 광신호에 대한 반사 및 회절을 수행하는 마이크로 미러로서 동작하거나, 또는 상기 광신호에 대한 반사 및 회절을 더욱 강화 시키기 위하여 소정의 광반사 물질인 Al, Au, Ag, Pt, Au/Cr로 구성된 마이크로 미러를 더 포함하여 구성될 수 도 있다. In this case, the upper electrode 1401 may operate as a micromirror that performs reflection and diffraction on an optical signal input from the outside, or Al, which is a predetermined light reflection material, to further enhance reflection and diffraction on the optical signal. It may be configured to further include a micro mirror composed of Au, Ag, Pt, Au / Cr.
여기서, 상기 압전/전왜 회절형 광변조기(1400)는 상기 액추에이팅 셀(1405)이 소정의 갯수로 그룹화 된 픽셀(1405) 단위로 구동된다. Here, the piezoelectric / electric distortion diffraction type optical modulator 1400 is driven in units of pixels 1405 in which the actuating cells 1405 are grouped in a predetermined number.
본 발명의 실시예에서 전술한 압전/전왜 회절형 광변조기로 구성된 픽셀 유닛(1405) 대신, 인가되는 전압에 따른 정전력에 의해 액추에이팅 셀이 구동되는 정전 구동형 광변조기 또는 인가되는 전압에 따른 자기력에 의해 액추에이팅 셀이 구동되는 자기 구동형 광변조기가 사용될 수 있다. In the embodiment of the present invention, instead of the pixel unit 1405 composed of the above-described piezoelectric / electric distortion diffractive optical modulator, the electrostatically driven optical modulator in which the actuating cell is driven by the constant power according to the applied voltage or the applied voltage is applied. A magnetically driven optical modulator may be used in which the actuating cell is driven by the magnetic force.
도16a는 본 발명에 따른 또다른 실시예로서 정전 구동에 의해 진동하는 픽셀 유닛별 진동형 회절 광 변조기 어레이(1600)의 단면을 나타내고, 도16b는 도16a의 측단면도를 나타낸다. Fig. 16A shows a cross-sectional view of a vibrating diffraction light modulator array 1600 for each pixel unit vibrating by electrostatic driving as another embodiment according to the present invention, and Fig. 16B shows a side cross-sectional view of Fig. 16A.
본 실시예에 따른 진동 회절형 광변조기는, 도 16a에 도시된 바와 같이, 기판(1608) 상에 형성된 다수개의 픽셀 유닛(1600)들로 구성된다. The vibration diffraction type optical modulator according to the present embodiment includes a plurality of pixel units 1600 formed on the substrate 1608, as shown in FIG. 16A.
본 발명에 따른 진동 회절형 광변조기는, 도 16a에 도시된 바와 같이, 인가되는 전압에 따라 입사된 광을 회절시켜 피사체로 전달하는 다수의 마이크로미러 픽셀 유닛(1605), 인가되는 전압에 따라 소정 주파수로 상기 마이크로미러 픽셀 유닛을 진동시키는 다수의 진동 유닛(1609), 및 상기 다수의 진동 유닛들을 지지하는 기판(1612)을 포함하여 구성된다. As illustrated in FIG. 16A, the vibration diffraction type optical modulator according to the present invention includes a plurality of micromirror pixel units 1605 which diffracts incident light according to an applied voltage and transmits the light to a subject, and according to an applied voltage. And a plurality of vibration units 1609 for vibrating the micromirror pixel unit at a frequency, and a substrate 1612 for supporting the plurality of vibration units.
상기 각 픽셀 유닛(1605)은 다수의 액추에이팅 셀(1604)로 구성되며 상기 액추에이팅 셀(1604)은 각각 전압을 인가하기 위한 상부 전극층(1601), 하부 전극층(1602) 및 인가된 전압에 따라 수축 또는 팽창하는 압전 재료층(1602)으로 구성되고, 외부로부터 인가되는 구동 전원에 의해 상하로 구동된다. 상기 상부 전극층(1601)은 전압을 인가하는 동시에 광을 반사시키는 마이크로미러 역할도 한다. Each pixel unit 1605 is composed of a plurality of actuating cells 1604, and the actuating cells 1604 each have an upper electrode layer 1601, a lower electrode layer 1602, and an applied voltage for applying a voltage. And a piezoelectric material layer 1602 that contracts or expands in accordance with the above, and is driven up and down by a driving power source applied from the outside. The upper electrode layer 1601 also serves as a micromirror that reflects light while applying a voltage.
진동 유닛(1609)은 중앙 부분에 에어 스페이스를 제공하기 위한 함몰부가 형성되어 있는 소정 서브기판(1607), 진동용 전압을 인가하기 위한 상부 전극(1610, 1610) 및 하부 전극(1611, 1611)으로 구성된다. 상기 상부 전극(1614,1614)과 하부 전극(1615, 1615)는 각각 서로 소정의 간격만큼 이격되어 있다. The vibration unit 1609 includes a predetermined sub-substrate 1607 in which a depression for providing an air space is formed in the center portion, upper electrodes 1610 and 1610 and lower electrodes 1611 and 1611 for applying a vibration voltage. It is composed. The upper electrodes 1614 and 1614 and the lower electrodes 1615 and 1615 are spaced apart from each other by a predetermined interval.
도16a 및 도16b에 도시된 바와 같이 상부 전극(1610,1610)에는 (+) 전압이 인가되고, 하부 전극(1611,1611)에는 (-) 전압이 인가되면 상부 전극 및 하부 전극 사이에 인력이 작용하며, 상부 전극(1610,1610)과 하부 전극(1611,1611) 사이에 동일한 극성이 전압이 가해지면 서로 척력이 작용한다. 그러나, 서브 기판(1607) 및 기판(1612)은 전압이 가해져도 그대로 있으려 하기 때문에 진동 유닛(1609)는 휘게 된다. 이런 식으로, 상부 전극(1610,1610)과 하부 전극(1611,1611) 사이에 가해지는 전압 극성의 배치를 소정의 주파수로 변경하게 되면 진동 유닛(1609)이 진동하고 결과적으로 그에 고정된 픽셀 유닛(1605)도 진동을 하게 된다. As shown in FIGS. 16A and 16B, when a positive voltage is applied to the upper electrodes 1610 and 1610, and a negative voltage is applied to the lower electrodes 1611 and 1611, attraction between the upper electrode and the lower electrode is applied. When the same polarity is applied between the upper electrodes 1610 and 1610 and the lower electrodes 1611 and 1611, the repulsive force acts on each other. However, since the sub-substrate 1607 and the substrate 1612 will remain intact even when a voltage is applied, the vibration unit 1609 is bent. In this way, if the arrangement of voltage polarities applied between the upper electrodes 1610 and 1610 and the lower electrodes 1611 and 1611 is changed to a predetermined frequency, the vibration unit 1609 vibrates and consequently the pixel unit fixed thereto. 1605 also vibrates.
도14a 및 도14b에 도시된 진동자에 의한 진동과 마찬가지로, 픽셀 유닛의 진동에 의해 하나의 픽셀 유닛이 2개 이상의 픽셀의 스캐닝을 수행할 수 있다. Similar to the vibration by the vibrator shown in Figs. 14A and 14B, one pixel unit can perform scanning of two or more pixels by vibration of the pixel unit.
본 발명의 실시예에서 전술한 압전/전왜 회절형 광변조기로 구성된 픽셀 유닛(1605) 대신, 인가되는 전압에 따른 정전력에 의해 액추에이팅 셀이 구동되는 정전 구동형 광변조기 또는 인가되는 전압에 따른 자기력에 의해 액추에이팅 셀이 구동되는 자기 구동형 광변조기가 사용될 수 있다. In the embodiment of the present invention, instead of the pixel unit 1605 composed of the above-described piezoelectric / electric distortion diffractive optical modulator, the electrostatically driven optical modulator in which the actuating cell is driven by the constant power according to the applied voltage or the applied voltage is applied. A magnetically driven optical modulator may be used in which the actuating cell is driven by the magnetic force.
도17a는 본 발명에 따른 또다른 실시예로서 정전 구동에 의해 진동하는 픽셀 유닛별 진동형 회절 광 변조기 어레이(1600)의 단면을 나타내고, 도17b는 도17a의 측단면도를 나타낸다. FIG. 17A shows a cross-sectional view of a vibrating diffraction light modulator array 1600 for each pixel unit vibrating by electrostatic driving as another embodiment according to the present invention, and FIG. 17B shows a cross-sectional side view of FIG. 17A.
본 실시예에 따른 진동 회절형 광변조기는, 도 17a에 도시된 바와 같이, 기판(1712) 상에 형성된 다수개의 픽셀 유닛(1705)들로 구성된다. The vibration diffraction type optical modulator according to the present embodiment includes a plurality of pixel units 1705 formed on the substrate 1712, as shown in FIG. 17A.
상기 각 픽셀 유닛(1705)은 다수의 액추에이팅 셀(1704)로 구성되며 상기 액추에이팅 셀(1704)은 각각 전압을 인가하기 위한 상부 전극층(1701), 하부 전극층(1702) 및 인가된 전압에 따라 수축 또는 팽창하는 압전 재료층(1702)으로 구성되고, 외부로부터 인가되는 구동 전원에 의해 상하로 구동된다. 상기 상부 전극층(1701)은 전압을 인가하는 동시에 광을 반사시키는 마이크로미러 역할도 한다. Each pixel unit 1705 is composed of a plurality of actuating cells 1704, and the actuating cells 1704 each include an upper electrode layer 1701, a lower electrode layer 1702, and an applied voltage for applying a voltage. It consists of a piezoelectric material layer 1702 that contracts or expands in accordance with, and is driven up and down by a driving power source applied from the outside. The upper electrode layer 1701 also serves as a micromirror that reflects light while applying a voltage.
상기 진동 유닛(1709)에는 압전/전왜 소자(1707)가 배치되고, 상기 압전/전왜 소자(1707) 내에는 전압을 인가하기 위한 전극(1706)이 지그재그로 형성된다. 상기 전극(1706)에 전압이 인가되면 인가된 전압에 따라 압전/전왜 소자(1707)가 늘어나거나 줄어들게 되는데 강한 전압이 인가된 곳과 그렇지 않은 곳의 수축 또는 팽창 정도가 다르기 때문에 서브 기판(1708)은 상하로 휘게 된다. 이런 식으로 전극(1714)에 일정 주파수로 전압을 공급했다가 끊어주기를 반복하면 진동 유닛(1709)은 소정의 주파수로 진동하게 되며, 그에 고정된 픽셀 유닛(1705)도 같이 진동하게 된다. A piezoelectric / electric distortion element 1707 is disposed in the vibration unit 1709, and an electrode 1706 for applying a voltage is zigzag in the piezoelectric / electric distortion element 1707. When a voltage is applied to the electrode 1706, the piezoelectric / electric warp element 1707 increases or decreases according to the applied voltage. However, since the degree of contraction or expansion is different between the place where a strong voltage is applied and the place where a strong voltage is not applied, the sub-substrate 1708. Bends up and down. In this way, when the voltage is applied to the electrode 1714 at a predetermined frequency and then the cycle is repeated, the vibration unit 1709 vibrates at a predetermined frequency, and the pixel unit 1705 fixed thereto also vibrates together.
본 발명의 픽셀 유닛별 진동형 회절 광변조기에 따르면, 스캐닝에 필요한 픽셀 유닛 수를 획기적으로 줄일 수 있다. According to the vibration type diffraction optical modulator for each pixel unit of the present invention, the number of pixel units required for scanning can be significantly reduced.
도 1은 종래 기술의 정전기 방식 격자 광 변조기를 도시하는 도면.1 illustrates a prior art electrostatic grating light modulator.
도 2는 종래 기술의 정전기 방식 격자 광 변조기가 변형되지 않는 상태에서 입사광을 반사시키는 것을 도시하는 도면.2 is a diagram illustrating reflecting incident light in a state where the electrostatic grating light modulator of the prior art is not deformed.
도 3은 종래 기술의 격자 광 변조기가 정전기력에 의해 변형된 상태에서 입사광을 회절시키는 것을 도시하는 도면.3 shows a diffraction of incident light in a state in which a prior art grating light modulator is deformed by electrostatic force.
도 4는 종래 개선된 기술에 따른 컬럼형 정전기 방식 회절격자 광 밸브의 측면도.4 is a side view of a column-type electrostatic diffraction grating light valve according to a conventionally improved technique.
도 5는 종래 개선된 기술에 따른 단일 디스플레이 엘리먼트에 해당하는 6개의 가늘고 긴 엘리먼트를 포함하는 GLV(Grating Light Velve) 일부의 평면도.5 is a plan view of a portion of a Grating Light Velve (GLV) comprising six elongated elements corresponding to a single display element in accordance with the prior art.
도 6은 종래 개선된 기술에 따른 변형되지 않은 상태에서 입사광을 반사시키는 6개의 가늘고 긴 엘리먼트를 포함하는 GLV의 디스플레이 엘리먼트의 정면도. FIG. 6 is a front view of a display element of a GLV including six elongated elements that reflect incident light in an undeformed state according to the prior art.
도 7은 종래 개선된 기술에 따른 정전기력에 의해 변형된 상태에서 입사광을 회절시키는 6개의 가늘고 긴 엘리먼트를 교대로 가진 GLV의 디스플레이 엘리먼트의 정면도.FIG. 7 is a front view of a display element of a GLV having six elongated elements that diffract incident light in a state deformed by an electrostatic force according to a conventionally improved technique.
도 8a 내지 도 8c는 종래 개선된 기술의 일실시예에 따른 변형되지 않은 압전 재료를 가지고 있는 다양한 형태의 함몰부를 가진 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 측면도.8A-8C are side views of diffractive thin film piezoelectric micromirrors with various types of depressions with undeformed piezoelectric materials in accordance with one embodiment of the prior art.
도 9a 내지 도 9c는 종래 개선된 기술의 일실시예에 따른 변형된 후의 압전 재료를 가지고 있는 다양한 형태의 함몰부를 가진 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 측면도.9A-9C are side views of a diffractive thin film piezoelectric micromirror with various types of depressions having a piezoelectric material after deformation according to one embodiment of the prior art.
도 10a는 및 도 10b는 함몰부를 가진 회절형 박막 압전 마이크로 미러가 동일 또는 다른 치수로 교대로 배치된 디스플레이 엘리멘트의 정면도이며, 도 10c는 함몰부를 가진 회절형 박막 압전 마이크로 미러가 일정 폭을 가지면서 배치된 디스플레이 엘리멘트의 정면도.10A and 10B are front views of a display element in which diffractive thin film piezoelectric micromirrors having depressions are alternately arranged in the same or different dimensions, and FIG. 10C shows a diffractive thin film piezoelectric micromirror having depressions having a predetermined width. Front view of the placed display element.
도 11a 내지 도 11c는 변형되지 않은 압전 재료를 가지고 있는 다양한 형태의 도출부를 가진 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 측면도.11A-11C are side views of diffractive thin film piezoelectric micromirrors with various types of leads having unmodified piezoelectric materials.
도 12a 내지 도 12c 변형된 후의 압전 재료를 가지고 있는 다양한 형태의 도출부를 가진 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 측면도.12A-12C are side views of a diffractive thin film piezoelectric micromirror with various types of leads having a piezoelectric material after being deformed.
도 13a 및 도 13b는 도출부를 가진 회절형 박막 압전 마이크로 미러가 동일 또는 다른 폭으로 교대로 배치된 디스플레이 엘리멘트의 정면도이며, 도 13c는 도출부를 가진 회절형 박막 압전 마이크로 미러가 일정폭을 가지면서 배치된 디스플레이 엘리멘트의 정면도.13A and 13B are front views of a display element in which diffractive thin film piezoelectric micromirrors having a leading portion are alternately arranged with the same or different widths, and FIG. 13C shows a diffractive thin film piezoelectric micromirror having leading portions having a predetermined width. View of an isolated display element.
도14a는 본 발명에 따른 박막형 진동 회절 광 변조기 어레이의 단면을 나타내고, 도14b는 본 발명에 따른 박막형 진동 회절 광 변조기 어레이의 동작을 나타낸다. Fig. 14A shows a cross section of a thin film type vibration diffraction light modulator array according to the present invention, and Fig. 14B shows an operation of a thin film type vibration diffraction light modulator array according to the present invention.
도15a 및 도15b는 본 발명의 진동형 회절 광 변조기에 의한 스캐닝 동작을 나타낸다. 15A and 15B show a scanning operation by the oscillating diffractive light modulator of the present invention.
도16a는 본 발명에 따른 또다른 실시예로서 정전 구동에 의해 진동하는 픽셀 유닛별 진동형 회절 광 변조기 어레이(1600)의 단면을 나타내고, 도16b는 도16a의 측단면도를 나타낸다. Fig. 16A shows a cross-sectional view of a vibrating diffraction light modulator array 1600 for each pixel unit vibrating by electrostatic driving as another embodiment according to the present invention, and Fig. 16B shows a side cross-sectional view of Fig. 16A.
도17a는 본 발명에 따른 또다른 실시예로서 정전 구동에 의해 진동하는 픽셀 유닛별 진동형 회절 광 변조기 어레이(1600)의 단면을 나타내고, 도17b는 도17a의 측단면도를 나타낸다. FIG. 17A shows a cross-sectional view of a vibrating diffraction light modulator array 1600 for each pixel unit vibrating by electrostatic driving as another embodiment according to the present invention, and FIG. 17B shows a cross-sectional side view of FIG. 17A.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing
1400,1600,1700 : 광변조기1401,1601,1701 : 상부전극1400, 1600, 1700: Optical modulator 1401, 1601, 1701: Upper electrode
1402,1602,1702 : 압전재료층1403,1603,1703 : 하부전극1402,1602,1702: Piezoelectric material layer 1403,1603,1703: Lower electrode
1404 : 액추에이팅 셀1405 : 마이크로미러 픽셀 유닛1404: Actuating Cell 1405: Micromirror Pixel Unit
1406 : 압전소자1407 : 불변소자1406: piezoelectric element 1407: invariant element
1408 : 절연층1409 : 진동 유닛1408: insulating layer 1409: vibration unit
1410 : 기판1411 : +1차 회절광1410: substrate 1411: + first order diffracted light
1412 : 0차 회절과1413 : -1차 회절광1412: 0th order diffraction and 1413: -1st order diffracted light
1414 : 서브 기판1415,1416 : 픽셀 1414: Sub-substrate 1415,1416: Pixel
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