KR102139639B1 - GRAPHENE TRANSPARENT ELECTRODE AND LCoS BASED WAVELENGTH SELECTIVE SWITCH COMPRISING THE SAME - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가시광 영역 및 적외선 영역 모두에서 우수한 광 투과도를 가질 뿐만 아니라, 적외선 영역에서는 가시광 영역에 비하여 현저히 향상된 광 투과도를 가져 적외선 파장대의 광통신에 사용되는 소자의 광 출력을 현저히 향상시킬 수 있는 그래핀 투명전극 및 이를 포함하는 실리콘액정 소자 기반의 파장 선택 스위치를 제공한다.The present invention not only has excellent light transmittance in both the visible light region and the infrared region, but also has a markedly improved light transmittance in the infrared region compared to the visible light region, so that graphene can significantly improve the light output of devices used for optical communication in the infrared wavelength band. Provides a wavelength selection switch based on a transparent electrode and a silicon liquid crystal device including the same.
Description
본 발명은 그래핀 투명전극 및 이를 포함하는 실리콘액정 소자 기반의 파장 선택 스위치에 관한 것으로, 구체적으로 가시광 영역에서 우수한 광 투과도를 가짐과 동시에 적외선 영역에서는 이보다 향상된 광 투과도를 가져 적외선 파장대의 광통신에 사용되는 소자의 광 출력을 현저히 향상시킬 수 있는 그래핀 투명전극 및 이를 포함하는 실리콘액정 소자 기반의 파장 선택 스위치에 관한 것이다.The present invention relates to a graphene transparent electrode and a silicon liquid crystal device-based wavelength selection switch including the same, specifically having excellent light transmittance in the visible light region and at the same time, having improved light transmittance in the infrared region and used for optical communication in the infrared wavelength band. It relates to a graphene transparent electrode capable of significantly improving the light output of the device and a wavelength selection switch based on a silicon liquid crystal device including the same.
광 네트워크들은 파장 선택적 스위치(Wavelength Selective Switch, WSS)를 사용하여 광 파장 신호들을 발신지(source)로부터 수신지(destination)까지 동적으로 라우팅 한다. 구체적으로, 광통신을 통해 대량의 정보를 다중파장신호로 하나의 광섬유를 통해 전달하며, 여러 파장으로 구성된 입력신호에서 특정 파장의 신호를 임의의 출력포트로 전달하기 위해서는 파장 선택 스위치(WSS)가 필요한 것이다. Optical networks use a wavelength selective switch (WSS) to dynamically route optical wavelength signals from a source to a destination. Specifically, a wavelength selection switch (WSS) is required to transmit a large amount of information through a single optical fiber as a multi-wavelength signal through optical communication, and to transmit a signal of a specific wavelength from an input signal composed of multiple wavelengths to an arbitrary output port. will be.
기존에는 마이크로 전자기계(MEMS) 미러(mirror) 기반의 파장 선택 스위치가 개발되었으나, 최근에는 실리콘액정(liquid crystal on silicon, LCoS) 소자 기반의 파장 선택 스위치가 포트 확장성이 뛰어나고, 얼라이먼트 등에 유리한 장점이 있어 새로운 기술로 부각되고 있다. Previously, a microelectromechanical (MEMS) mirror-based wavelength selection switch was developed, but recently, a liquid crystal on silicon (LCoS) device-based wavelength selection switch has excellent port scalability and is advantageous for alignment, etc. Because of this, it is emerging as a new technology.
상기 실리콘액정(liquid crystal on silicon, LCoS) 소자는 투명전극을 갖는 투명전극층과, 개별적으로 어드레스(address) 가능한 픽셀들의 2차원 어레이로 분할된 실리콘 기판 사이에 개재된 액정 재료를 포함한다. 구체적으로, 실리콘액정 소자 기반의 파장 선택 스위치에 대한 입사광은 차등위상지연(Differential Phase Delay)를 통해 조정되며, 이는 CMOS(Complementary metal-oxide semiconductor) 백플레인과 액정(Liquid Crystal)층에 의해 진행된다. 이를 위해 공통전극으로, 투명전극층이 필요하다. 이러한 투명전극은 광통신에 사용되는 광량의 손실을 최소화하기 위해 적외선 파장대에서 투명한 성질이 필요하고, 투명전극층의 광 투과도는 반사광의 강도에 중요한 영향을 미친다.The liquid crystal on silicon (LCoS) device includes a liquid crystal material interposed between a transparent electrode layer having a transparent electrode and a silicon substrate divided into a two-dimensional array of individually addressable pixels. Specifically, the incident light to the wavelength selection switch based on the silicon liquid crystal element is adjusted through a differential phase delay, which is performed by a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) backplane and a liquid crystal layer. For this, a transparent electrode layer is required as a common electrode. In order to minimize the loss of the amount of light used for optical communication, the transparent electrode needs a transparent property in the infrared wavelength band, and the light transmittance of the transparent electrode layer has an important effect on the intensity of reflected light.
구체적으로, 한국공개특허 2003-0062886호에서는 현재 대표적으로 사용되고 있는 투명전극소재인 인듐-주석 산화물(Indiumtin-oxide, ITO)을 투명전극으로 사용하는 실리콘액정 소자 기반의 파장 선택 스위치를 개시하고 있다. 이러한 인듐-주석 산화물(ITO)을 투명전극으로 사용한 실리콘액정 소자 기반의 파장 선택 스위치는, 400~700nm 파장대의 가시광 영역에서는 투명한 성질을 만족하는 반면 1500nm 이상의 적외선 파장대에서는 투명한 성질 및 광 투과도가 급격하게 저하되고, 이에 따라 적외선 파장대에서 광통신에 사용되는 소자의 광 출력이 현저히 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 적외선 파장대에서 인듐주석산화물(ITO)을 투명전극으로 사용하기 위해서는 추가적인 박막 증착을 통해 투과도를 향상시켜야 하므로 추가 공정 도입으로 인한 투명전극 제작 비용이 증가하여 상용화가 어려운 점이 있었다.Specifically, Korean Patent Publication No. 2003-0062886 discloses a silicon liquid crystal device-based wavelength selection switch using indiumtin-oxide (ITO), a transparent electrode material, which is currently used as a transparent electrode. The silicon-based liquid crystal device-based wavelength selection switch using indium-tin oxide (ITO) as a transparent electrode satisfies the transparent properties in the visible light region of the 400-700 nm wavelength range, while the transparent properties and the light transmittance rapidly in the infrared wavelength range of 1500 nm or more. Accordingly, there is a problem in that the light output of the device used for optical communication in the infrared wavelength band is significantly reduced. In addition, in order to use indium tin oxide (ITO) as a transparent electrode in the infrared wavelength band, since the transmittance must be improved through additional thin film deposition, the manufacturing cost of the transparent electrode increases due to the introduction of an additional process, which makes it difficult to commercialize.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 첫번째 과제는 가시광 영역에서 우수한 광 투과도를 가짐과 동시에 적외선 영역에서는 이보다 향상된 광 투과도를 가져 적외선 파장대의 광통신에 사용되는 소자의 광 출력을 현저히 향상시킬 수 있는 그래핀 투명전극 및 이를 포함하는 실리콘액정 소자 기반의 파장 선택 스위치를 제공하는 것이다.The present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and the first problem to be solved by the present invention is to have an excellent light transmittance in the visible light region and at the same time have an improved light transmittance in the infrared region, and is used for optical communication in the infrared wavelength band. It is to provide a graphene transparent electrode and a silicon-based liquid crystal device-based wavelength selection switch that can significantly improve the light output of the.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 두번째 과제는 간단한 공정만으로도 적외선 영역에서 낮은 면저항 값을 가지며, 투명한 성질을 유지할 수 있는 그래핀 투명전극을 제공할 수 있어 상용화가 용이한 그래핀 투명전극 및 이를 포함하는 실리콘액정 소자 기반의 파장 선택 스위치를 제공하는 것이다.In addition, the second problem to be solved by the present invention is to provide a graphene transparent electrode that has a low sheet resistance value in the infrared region and can maintain transparent properties by using only a simple process. It is to provide a wavelength selection switch based on a silicon liquid crystal device.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기판 및 상기 기판 상에 전사된 한 층 이상의 그래핀을 포함하고, 상기 그래핀은 면저항이 400Ω/sq이하일 때 1500~1700nm의 파장대에서 98% 이상의 광 투과도를 가지는 것을 특징으로 하는 그래핀 투명전극을 제공한다.In order to solve the above-described problems, the present invention includes a substrate and at least one layer of graphene transferred on the substrate, wherein the graphene has a light transmittance of 98% or more in a wavelength range of 1500 to 1700 nm when the sheet resistance is 400 Ω/sq or less. It provides a graphene transparent electrode, characterized in that having a.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 그래핀은 하기의 조건 (a) 및 (b)를 모두 만족할 수 있다.According to one preferred embodiment of the present invention, the graphene may satisfy both of the following conditions (a) and (b).
(a) 1500~1700nm의 파장대에서의 광 투과도가 500~700nm의 파장대에서의 광 투과도보다 높을 것(a) The light transmittance in the wavelength range of 1500~1700nm should be higher than the light transmittance in the wavelength range of 500~700nm.
(b) 상기 그래핀은 면저항이 400Ω/sq이하일 때 1500~1700nm의 파장대에서의 광 투과도가 100% 이상일 것(b) The graphene should have a light transmittance of 100% or more in a wavelength range of 1500 to 1700 nm when the sheet resistance is 400 Ω/sq or less.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 그래핀은 하기의 조건 (c)를 더 만족할 수 있다. According to another preferred embodiment of the present invention, the graphene may further satisfy the following condition (c).
(c) 하기 관계식 1을 만족할 것(c) The following relational expression 1 should be satisfied.
[관계식 1][Relationship 1]
T1500-T550 ≥2.0(%)T 1500 -T 550 ≥2.0 (%)
(T1500 : 1500nm 파장대에 그래핀의 광 투과도(%), T550 : 550nm 파장대에서의 그래핀의 광 투과도(%))(T 1500 : Light transmittance of graphene in the wavelength band of 1500 nm (%), T 550 : Light transmittance of graphene in the wavelength band of 550 nm (%))
또한, 본 발명은 실리콘 백플레인층과 유리 기판층 사이에 액정층이 형성된 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치에 있어서, 상기 실리콘 백플레인층과 액정층 사이에 형성되어 광 변조를 유발하는 반사층 픽셀 전극;및 상기 액정층과 유리 기판층 사이에 형성된 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 그래핀 투명전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치를 제공한다. In addition, the present invention is a wavelength selection switch using a silicon liquid crystal element having a liquid crystal layer formed between a silicon backplane layer and a glass substrate layer, a reflective layer pixel electrode formed between the silicon backplane layer and the liquid crystal layer to cause light modulation; and It provides a wavelength selection switch using a silicon liquid crystal device comprising: a graphene transparent electrode of any one of claims 1 to 3 formed between the liquid crystal layer and the glass substrate layer.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치는 1000~1600nm의 모든 파장대에서 광 반사율이 72% 이상일 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal device may have a light reflectance of 72% or more in all wavelength bands of 1000 to 1600 nm.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치는 1500~1600nm의 모든 파장대에서 광 반사율이 80% 이상일 수 있다. According to another preferred embodiment of the present invention, the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal device may have a light reflectivity of 80% or more in all wavelength bands of 1500 to 1600 nm.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치는 하기의 조건 (d) 및 (e)를 모두 만족할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal device may satisfy both of the following conditions (d) and (e).
(d) 1000~1400nm의 파장대에서 RG ≤ RI 일 것(d) R G in the wavelength range of 1000~1400nm ≤ R I
(e) 1500~1600nm의 파장대에서 RG ≥ RI 일 것(e) R G in the wavelength range from 1500 to 1600 nm ≥ R I
(RG : 상기 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치의 광 반사율(%)I : 상기 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치에 포함되는 투명전극으로 그래핀 대신 인듐-주석 산화물(ITO)을 이용하는 경우의 광 반사율(%)(R G : Light reflectance (%) of the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal element I : Light reflectance (%) when using indium-tin oxide (ITO) instead of graphene as a transparent electrode included in the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal element
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치는 1530~1565nm 파장대에서 하기의 관계식 2를 만족할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal device may satisfy the following Equation 2 in the wavelength range of 1530 ~ 1565nm.
[관계식 2][Relationship 2]
1.7 ≤ (RG - RI )/RI ×100 ≤ 4.01.7 ≤ (R G - R I )/R I ×100 ≤ 4.0
(RG : 그래핀 투명전극을 이용한 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치의 광 반사율(%), RI : 인듐-주석 산화물(ITO) 투명전극을 이용한 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치의 광 반사율(%))(R G : Light reflectance (%) of wavelength selection switch using silicon liquid crystal element using graphene transparent electrode, R I : Light reflectance (%) of wavelength selection switch using silicon liquid crystal element using indium-tin oxide (ITO) transparent electrode )
이하, 본 발명에 사용되는 용어에 대하여 간략히 설명한다.Hereinafter, terms used in the present invention will be briefly described.
용어 "그래핀(graphene)"이란, 복수 개의 탄소원자들이 서로 공유결합으로 연결되어 2차원의 필름 형태로 형성(통상 sp2결합)된 것을 의미한다. 그래핀을 구성하는 탄소원자들은 기본 반복단위로서 6원환을 형성하나, 5원환 및/또는 7원환을 더 포함하는 것도 가능하다. 그래핀 내에 포함될 수 있는 5원환 및/또는 7원환의 함량에 따라, 상기 그래핀의 형태는 달라질 수 있다. 그래핀은 단일층으로 이루어질 수 있으나, 이들이 복수 개 적층되어 복수 층을 형성하고 있는 것도 가능하며, 최대 100nm까지의 두께일 수 있다.The term "graphene" means that a plurality of carbon atoms are covalently linked to each other to form a two-dimensional film (usually sp2 bond). Carbon atoms constituting graphene form a 6-membered ring as a basic repeating unit, but it is also possible to further include a 5-membered ring and/or a 7-membered ring. Depending on the content of the 5-membered ring and/or 7-membered ring that may be included in the graphene, the shape of the graphene may be changed. Graphene may be made of a single layer, but it is also possible that they are stacked to form a plurality of layers, and may be up to 100 nm thick.
본 발명은 가시광 영역 및 적외선 영역 모두에서 우수한 광 투과도를 가질 뿐만 아니라, 적외선 영역에서는 가시광 영역에 비하여 현저히 향상된 광 투과도를 가져 적외선 파장대의 광통신에 사용되는 소자의 광 출력을 현저히 향상시킬 수 있는 그래핀 투명전극 및 이를 포함하는 실리콘액정 소자 기반의 파장 선택 스위치를 제공한다.The present invention not only has excellent light transmittance in both the visible light region and the infrared region, but also has a markedly improved light transmittance in the infrared region compared to the visible light region, so that graphene can significantly improve the light output of devices used for optical communication in the infrared wavelength band. Provides a wavelength selection switch based on a transparent electrode and a silicon liquid crystal device including the same.
또한, 본 발명은 적외선 영역에서 낮은 면저항 값을 가짐과 동시에 투명한 성질을 유지할 수 있어 적외선 이미징, 적외선 센서, 적외선 발광체 등으로 활용할 수 있는 그래핀 투명전극 및 이를 포함하는 실리콘액정 소자 기반의 파장 선택 스위치를 제공한다.In addition, the present invention has a low sheet resistance value in the infrared region and can maintain the transparent properties at the same time, and can be utilized as an infrared imaging, infrared sensor, infrared emitter, graphene transparent electrode, and a silicon liquid crystal device-based wavelength selection switch including the same Provides
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 그래핀의 투과도 그래프이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 실리콘액정 소자 기반의 파장 선택 스위치의 구조도이다.
도 3은 광파장 대역 구분표이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 실리콘액정 소자 기반의 파장 선택 스위치의 반사율 그래프이다.1 is a graph of transmittance of graphene according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is a structural diagram of a wavelength selection switch based on a silicon liquid crystal device according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is an optical wavelength band classification table.
4 is a graph of reflectance of a wavelength selection switch based on a silicon liquid crystal device according to an exemplary embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily practice.
상술한 바와 같이 통상적인 인듐-주석 산화물(Indiumtin-oxide, ITO)을 투명전극으로 사용하는 실리콘액정 소자 기반의 파장 선택 스위치는 400~700nm 파장대의 가시광 영역에서는 투명한 성질을 만족하는 반면 1500nm 이상의 적외선 파장대에서는 투명한 성질 및 광 투과도가 급격하게 저하되고, 이에 따라 적외선 파장대에서 광통신에 사용되는 소자의 광 출력이 현저히 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 적외선 파장대에서 인듐주석산화물(ITO)을 투명전극으로 사용하기 위해서는 추가적인 박막 증착을 통해 투과도를 향상시켜야 하므로 추가 공정 도입으로 인한 투명전극 제작 비용이 증가하여 상용화가 어려운 점이 있었다. As described above, a wavelength selection switch based on a silicon liquid crystal device using a conventional indium-tin oxide (ITO) as a transparent electrode satisfies the transparent property in the visible light region of the 400-700 nm wavelength range, while the infrared wavelength range of 1500 nm or more In, there is a problem in that the transparent properties and the light transmittance are sharply reduced, and accordingly, the light output of the device used for optical communication in the infrared wavelength band is significantly reduced. In addition, in order to use indium tin oxide (ITO) as a transparent electrode in the infrared wavelength band, since the transmittance must be improved through additional thin film deposition, the manufacturing cost of the transparent electrode increases due to the introduction of an additional process, which makes it difficult to commercialize.
이에 본 발명은 기판 및 상기 기판 상에 전사된 한 층 이상의 그래핀을 포함하고, 상기 그래핀은 면저항이 400Ω/sq이하일 때 1500~1700nm의 파장대에서 98% 이상의 광 투과도를 가지는 것을 특징으로 하는 그래핀 투명전극을 제공하여 상술한 문제점의 해결을 모색하였다.Accordingly, the present invention includes a substrate and at least one layer of graphene transferred on the substrate, wherein the graphene has a light transmittance of 98% or more in a wavelength range of 1500 to 1700 nm when the sheet resistance is 400 Ω/sq or less. By providing a pin transparent electrode, a solution to the above-described problem was sought.
이를 통해, 본 발명은 가시광 영역 및 적외선 영역 모두에서 우수한 광 투과도를 가질 뿐만 아니라, 적외선 영역에서는 가시광 영역에 비하여 현저히 향상된 광 투과도를 가져 적외선 파장대의 광통신에 사용되는 소자의 광 출력을 현저히 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 적외선 영역에서 낮은 면저항 값을 가짐과 동시에 투명한 성질을 유지할 수 있어 적외선 이미징, 적외선 센서, 적외선 발광체 등으로 다양한 분야에 활용 가능한 장점이 있다. Through this, the present invention not only has excellent light transmittance in both the visible light region and the infrared region, but also has a significantly improved light transmittance in the infrared region compared to the visible light region, thereby significantly improving the light output of a device used for optical communication in the infrared wavelength band. have. In addition, the present invention has an advantage that can be used in various fields such as infrared imaging, infrared sensors, infrared emitters, etc., since it has a low sheet resistance value in the infrared region and can maintain transparent properties.
먼저, 상기 기판에 대해 설명한다. 상기 기판은 기판 상에 전사된 한 층 이상의 그래핀을 포함할 수 있는 것으로 해당 기술 분야에서 통상적으로 사용될 수 있는 것이면 제한이 없으나, 바람직하게는 투명한 물질로 평평한 것을 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 PET(polyethylene terephthalate), 유리(glass), 석영(quartz), 사파이어(sapphire), 웨이퍼(wafer) 중 하나를 사용할 수 있으며, 플렉시블(flexible)한 재질을 사용할 수도 있다. First, the substrate will be described. The substrate may include at least one layer of graphene transferred on the substrate, and is not limited as long as it can be used in the art, but preferably, a flat material may be used as a transparent material, and more preferably PET (polyethylene terephthalate), glass (glass), quartz (quartz), sapphire (sapphire), or a wafer (wafer) can be used, flexible (flexible) material can also be used.
다음으로, 본 발명의 그래핀 투명전극에 포함되는 그래핀에 대해 설명한다. Next, the graphene included in the graphene transparent electrode of the present invention will be described.
상기 그래핀은 탄소원자의 강한 공유결합으로 형성된 단원자층으로 이루어진 2차원 평면 구조를 갖는 탄소 나노소재로, 높은 전하 이동도와 열전도도 및 뛰어난 내화학성의 특성을 가진다. 또한, 상기 그래핀의 단일층 두께는 탄소 원자 하나의 크기에 불과하여 약 0.25~0.35nm일 수 있다. 상기 그래핀은 금속성의 특성을 가져, 층 방향으로 전도성을 가지며, 전하 캐리어(carrier)의 이동도(mobility)가 커서 고속 전자 소자를 구현할 수 있다. 상기 그래핀은 역학적 견고성과 화학적 안정성이 뛰어나고, 반도체와 도체의 성질을 모두 가지고 있으며, 두께가 얇아, 평판 표시 소자, 트랜지스터, 에너지 저장체 및 나노 크기의 전자소자로의 응용성이 크다. 상기 그래핀을 이용하면 반도체 공정 기술을 이용하여 소자를 제조하기 용이하며, 특히 대면적 집적화가 용이한 이점이 있다. The graphene is a carbon nanomaterial having a two-dimensional planar structure composed of a monoatomic layer formed of strong covalent bonds of carbon atoms, and has high charge mobility, thermal conductivity, and excellent chemical resistance properties. In addition, the single layer thickness of the graphene may be about 0.25 to 0.35 nm because it is only one carbon atom. The graphene has metallic properties, has conductivity in a layer direction, and has high mobility of charge carriers, thereby realizing a high-speed electronic device. The graphene has excellent mechanical robustness and chemical stability, has properties of both semiconductor and conductor, and has a small thickness, and thus has great applicability to flat panel display devices, transistors, energy storage devices, and nano-sized electronic devices. When the graphene is used, it is easy to manufacture a device using semiconductor process technology, and particularly, there is an advantage of easy integration of a large area.
본 발명은 이러한 그래핀을 이용한 그래핀 투명전극을 제공하며, 본 발명에 포함되는 그래핀은 면저항이 400Ω/sq이하이며, 상기 면저항 범위를 만족할 때 1500~1700nm의 파장대에서 광 투과도가 98%이상이다. 바람직하게는 상기 그래핀의 면저항이 350Ω/sq이하일 때 1500~1700nm의 파장대에서 99% 이상의 광 투과도를 가질 수 있고, 보다 바람직하게는 상기 그래핀의 면저항이 300Ω/sq이하일 때 1500~1700nm의 파장대에서 100% 이상의 광 투과도를 가질 수 있다. 일반적으로 그래핀의 광학전도도(optical conductivity)는 넓은 파장대에서 일정한 값으로 알려져 있으나, 그래핀 표면에서 전하 밀도의 증가를 통한 도핑을 하게 되면 적외선 영역에서 광학전도도를 억제할 수 있다. 광학전도도가 낮으면 적외선 파장에서 흡수되는 빛의 양이 줄어들게 되며 따라서 적외선 영역에서 투과도는 증가하게 된다. The present invention provides a graphene transparent electrode using such graphene, and the graphene included in the present invention has a sheet resistance of 400 Ω/sq or less, and when the sheet resistance range is satisfied, light transmittance is 98% or more in a wavelength range of 1500 to 1700 nm. to be. Preferably, when the sheet resistance of the graphene is 350 Ω/sq or less, it may have a light transmittance of 99% or more in a wavelength range of 1500 to 1700 nm, and more preferably, when the sheet resistance of the graphene is 300 Ω/sq or less, a wavelength range of 1500 to 1700 nm In can have a light transmittance of 100% or more. In general, the optical conductivity of graphene is known to be a constant value in a wide wavelength range, but when doping through an increase in the charge density on the graphene surface, it is possible to suppress the optical conductivity in the infrared region. When the optical conductivity is low, the amount of light absorbed at the infrared wavelength decreases, and thus the transmittance increases in the infrared region.
통상적으로 그래핀의 광학전도도(optical conductivity)는 넓은 파장대에서 일정한 값을 가지는 것으로 알려져 있다. 그러나, 본 발명은 그래핀 표면에서 전하 밀도의 증가를 통한 도핑이 이루어져 적외선 영역에서 광학전도도가 억제되고, 이에 따라 적외선 파장에서 흡수되는 빛의 양이 줄어들게 되어 적외선 영역에서의 투과도가 향상되는 효과가 있다. It is generally known that the optical conductivity of graphene has a constant value in a wide wavelength range. However, according to the present invention, doping through an increase in the charge density on the graphene surface is performed to suppress optical conductivity in the infrared region, and accordingly, the amount of light absorbed in the infrared wavelength is reduced, thereby improving the transmittance in the infrared region. have.
이에 따라 본 발명의 그래핀은 적외선 영역인 1500~1700nm의 파장대에서 낮은 면저항 값을 가짐과 동시에 현저히 향상된 광 투과도를 가져, 1500~1700nm의 파장대에서도 투과도가 거의 100%에 근접한 값을 가져 다른 투명전극 소재에 비하여 우수한 광특성을 보유하는 효과가 있다. Accordingly, the graphene of the present invention has a low sheet resistance value in the wavelength range of 1500 to 1700 nm, which is an infrared region, and at the same time has a remarkably improved light transmittance, and has a value of nearly 100% transmittance in the wavelength range of 1500 to 1700 nm, and thus other transparent electrodes. It has the effect of retaining excellent optical properties compared to the material.
이와 관련하여, 도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 그래핀의 투과도 그래프이다. 상기 그래프를 참조하면, 본 발명에 포함되는 그래핀은 1500nm이상의 파장대에서 현저히 향상된 투과도를 가짐을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 그래핀만의 투과도는 550nm에서 96.6%의 높은 값을 가짐과 동시에, 1500nm에서도 100.8%의 높은 값을 가져 적외선 영역에서 오히려 투과도가 현저히 향상되는 효과가 있음을 확인할 수 있다. 뿐만 아니라, 1500nm 이상의 영역에서도 그래핀과 PET 전체 투과도는 조금씩 감소하여 2000nm 이상에서는 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이에 반하여, 본 발명의 그래핀만의 투과도는 1500nm 이상에서 안정적으로 높은 값을 보이며, 이는 2000nm 이상의 영역에서도 유지되어 본 발명의 그래핀이 전체 파장대에 걸쳐 우수한 투과도를 가지는 효과가 있음을 확인할 수 있다. In this regard, FIG. 1 is a graph of transmittance of graphene according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to the graph, it can be seen that the graphene included in the present invention has significantly improved transmittance in a wavelength range of 1500 nm or more. That is, the transmittance of only graphene of the present invention has a high value of 96.6% at 550 nm, and at the same time, it has a high value of 100.8% at 1500 nm, and thus it can be confirmed that the transmittance is significantly improved in the infrared region. In addition, it can be seen that even in the region of 1500 nm or more, the total transmittance of graphene and PET decreases little by little and rapidly decreases at 2000 nm or more. On the other hand, the transmittance of only the graphene of the present invention shows a stable high value at 1500 nm or more, which is maintained even in the region of 2000 nm or more, and it can be confirmed that the graphene of the present invention has an effect of having excellent transmittance over the entire wavelength range. .
그래핀 투명전극은 전도 특성에 따라 다양한 응용분야에 활용될 수 있는데, 본 발명의 그래핀은 면저항이 400Ω/sq 이하이어야 한다. 만일 상기 그래핀의 면저항이 400Ω/sq를 초과하는 경우에는 1500~1700nm의 파장대에서 광 투과도가 96% 보다 현저히 저하하게 되고, 투명전극으로 사용하기 어려운 문제점이 발생할 수 있다.The graphene transparent electrode can be used in various applications depending on the conduction characteristics. The graphene of the present invention should have a sheet resistance of 400 Ω/sq or less. If the sheet resistance of the graphene exceeds 400 Ω/sq, the light transmittance is significantly lower than 96% in the wavelength range of 1500 to 1700 nm, and a problem that is difficult to use as a transparent electrode may occur.
또한, 만일 상기 광 투과도가 적외선 영역인 1500~1700nm의 파장대에서 96% 미만인 경우에는, 그래핀이 상기 파장대에서 투명한 성질을 유지하기 어렵고, 이에 따라 광통신에 사용되는 광량의 손실을 최소화하기가 어려운 문제점이 발생할 수 있다. 그 결과, 입사광이 투명전극층을 투과하는 동안 광 손실이 발생하게 되어 반사광의 강도가 현저히 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. In addition, if the light transmittance is less than 96% in the wavelength range of 1500 to 1700 nm in the infrared region, graphene is difficult to maintain transparent properties in the wavelength band, and accordingly, it is difficult to minimize the loss of the amount of light used in optical communication. This can happen. As a result, light loss occurs while the incident light is transmitted through the transparent electrode layer, which may cause a problem that the intensity of the reflected light is significantly lowered.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 그래핀은 하기의 조건 (a) 및 (b)를 모두 만족할 수 있다. According to one preferred embodiment of the present invention, the graphene may satisfy both of the following conditions (a) and (b).
(a) 1500~1700nm의 파장대에서의 광 투과도가 500~700nm의 파장대에서의 광 투과도보다 높을 것(a) The light transmittance in the wavelength range of 1500~1700nm should be higher than the light transmittance in the wavelength range of 500~700nm.
(b) 상기 그래핀은 면저항이 400Ω/sq이하일 때 1500~1700nm의 파장대에서의 광 투과도가 100% 이상일 것(b) The graphene should have a light transmittance of 100% or more in a wavelength range of 1500 to 1700 nm when the sheet resistance is 400 Ω/sq or less.
본 발명에 포함되는 그래핀은 가시광선 영역인 500~700nm 파장대에서의 광 투과도보다 적외선 영역인 1500~1700nm의 파장대에서의 광 투과도가 더 우수하다. 또한, 적외선 영역인 1500~1700nm의 파장대에서는 면저항이 400Ω/sq이하일 때 100% 이상의 현저히 높은 광투과도를 만족할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 가시광 영역 및 적외선 영역 모두에서 우수한 광 투과도를 가질 뿐만 아니라, 적외선 영역에서는 가시광 영역에 비하여 현저히 향상된 광 투과도를 가져 적외선 파장대의 광통신에 사용되는 소자의 광 출력을 현저히 향상시킬 수 있는 효과가 있다. The graphene included in the present invention has better light transmittance in the wavelength range of 1500 to 1700 nm, which is the infrared region, than light transmittance in the wavelength range of 500 to 700 nm, which is the visible light region. In addition, in the infrared wavelength range of 1500 to 1700 nm, when the sheet resistance is 400 Ω/sq or less, a remarkably high light transmittance of 100% or more can be satisfied. Accordingly, the present invention not only has excellent light transmittance in both the visible light region and the infrared region, but also has a significantly improved light transmittance in the infrared region compared to the visible light region, thereby significantly improving the light output of a device used for optical communication in the infrared wavelength band. It has an effect.
또한, 상기 그래핀은 하기의 조건 (c)를 더 만족할 수 있다. In addition, the graphene may further satisfy the following condition (c).
(c) 하기 관계식 1을 만족할 것(c) The following relational expression 1 should be satisfied.
[관계식 1][Relationship 1]
T1500-T550 ≥ 2.0(%)T 1500 -T 550 ≥ 2.0 (%)
(T1500 : 1500nm 파장대에서 그래핀의 광 투과도(%), T550 : 550nm 파장대에서의 그래핀의 광 투과도(%))(T 1500 : Light transmittance of graphene in the wavelength range of 1500 nm (%), T 550 : Light transmittance of graphene in the wavelength range of 550 nm (%))
본 발명의 그래핀은 1500nm 파장대에서의 광 투과도(T1500)가 550nm 파장대에서의 광 투과도(T550) 보다 2%이상 높을 수 있다. 만일 T1500-T550가 2% 미만인 경우에는 적외선 파장대에서 투명전극의 투명한 성질이 급격히 저하되고, 투명전극에 의한 광량의 손실이 다량 발생하여 반사광의 강도가 저하되어 광통신 분야에 적합하지 못한 문제점이 발생할 수 있다. In the graphene of the present invention, the light transmittance (T 1500 ) in the wavelength band of 1500 nm may be 2% or more higher than the light transmittance (T 550 ) in the wavelength band of 550 nm. If the T 1500 -T 550 is less than 2%, the transparent properties of the transparent electrode in the infrared wavelength band rapidly decrease, and the loss of the amount of light generated by the transparent electrode occurs, so the intensity of the reflected light is lowered, which is not suitable for the optical communication field. Can occur.
또한, 본 발명은 실리콘 백플레인층과 유리 기판층 사이에 액정층이 형성된 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치에 있어서, 상기 실리콘 백플레인층과 액정층 사이에 형성되어 광 변조를 유발하는 반사층 픽셀 전극; 및 상기 액정층과 유리 기판층 사이에 형성된 상기의 어느 한 그래핀 투명전극;을 포함하는 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치를 제공한다. 이에 따라 가시광 영역 및 적외선 영역 모두에서 우수한 광 투과도를 가질 뿐만 아니라, 적외선 영역에서는 가시광 영역에 비하여 현저히 향상된 광 투과도를 가져 적외선 파장대의 광통신에 사용되는 소자의 광 출력을 현저히 향상시킬 수 있는 그래핀 투명전극을 포함하는 실리콘액정 소자 기반의 파장 선택 스위치를 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한, 적외선 영역에서 낮은 면저항 값을 가짐과 동시에 투명한 성질을 유지할 수 있어 적외선 이미징, 적외선 센서, 적외선 발광체 등으로 다양하게 활용할 수 있는 장점이 있다. In addition, the present invention is a wavelength selection switch using a silicon liquid crystal element having a liquid crystal layer formed between a silicon backplane layer and a glass substrate layer, a reflective layer pixel electrode formed between the silicon backplane layer and the liquid crystal layer to cause light modulation; And a graphene transparent electrode formed between the liquid crystal layer and the glass substrate layer. Accordingly, not only has excellent light transmittance in both the visible light region and the infrared region, but in the infrared region, graphene is transparent, which has significantly improved light transmittance compared to the visible light region, and can significantly improve the light output of devices used for optical communication in the infrared wavelength band. There is an effect that can provide a wavelength selection switch based on a silicon liquid crystal device including an electrode. In addition, since it has a low sheet resistance value in the infrared region and can maintain transparent properties, it can be used in various ways as infrared imaging, infrared sensors, and infrared emitters.
먼저, 본 발명에 이용되는 실리콘액정(liquid crystal on silicon, LCoS) 소자에 대해 설명한다. 실리콘액정 소자는 빛의 회절현상을 이용하여 각 픽셀에 위치한 반사판에서 입사광의 방향을 제어하는 방식으로, 움직이는 부품이 없어 진동에 강하고 포트확장성 및 견고성이 우수하며 채널 별 손실 보상, 파장변위 보상, 입출력 채널 모니터링의 기능을 용이하게 수행할 수 있는 장점을 가진다. 실리콘액정 소자는 화소 전극의 구성을 실리콘 백플레인 상에 구성하여 반사형으로 제작된다. First, the liquid crystal on silicon (LCoS) device used in the present invention will be described. Silicon liquid crystal device uses the diffraction phenomenon of light to control the direction of incident light from the reflector located in each pixel. It has no moving parts, so it is resistant to vibration, has excellent port expandability and robustness, compensates for loss for each channel, compensates for wavelength displacement, It has the advantage of being able to easily perform the functions of I/O channel monitoring. The silicon liquid crystal device is manufactured in a reflective type by configuring a pixel electrode on a silicon backplane.
상기 실리콘액정 소자는 실리콘 백플레인층과 유리 기판층 사이에 액정층이 형성되어 있다. 상기 실리콘 백플레인층은 실리콘 웨이퍼 기판이며, 상기 유리 기판층은 소자의 터치부를 구성하고, 상기 실리콘 백플레인층과 유리 기판층 사이에 액정층이 주입되어 초소형 디스플레이 소자인 실리콘액정(liquid crystal on silicon, LCoS) 소자를 구성한다. In the silicon liquid crystal device, a liquid crystal layer is formed between a silicon backplane layer and a glass substrate layer. The silicon backplane layer is a silicon wafer substrate, the glass substrate layer constitutes a touch portion of the device, and a liquid crystal layer is injected between the silicon backplane layer and the glass substrate layer to form a liquid crystal on silicon (LCoS), which is an ultra-small display device. ) Make up the device.
상기 액정층의 양단에 인가되는 전압에 따라 액정층의 위상 상태가 변하는 특성을 이용하여, 입사되는 광신호가 닿는 실리콘액정(liquid crystal on silicon, LCoS) 소자 영역에 표시된 특정 이미지패턴에 따라 임의의 각도로 입사광을 편향시켜 반사시키는 역할을 하게 된다. 일반적으로 입력되는 광신호의 구경이 단일 픽셀의 크기보다 커서 다수의 픽셀을 통해 광신호가 반사되는 것이다. 본 발명의 실리콘액정(liquid crystal on silicon, LCoS) 소자 기반의 파장 선택 스위치는, 입사광이 실리콘액정(liquid crystal on silicon, LCoS) 소자에서 표시되는 이미지패턴에 따라 실리콘액정 소자에 입사되는 각각의 파장을 각각 다른 각도로 반사시킨다.Arbitrary angles according to a specific image pattern displayed in a liquid crystal on silicon (LCoS) device region where an incident optical signal touches by using a characteristic in which the phase state of the liquid crystal layer changes according to the voltage applied to both ends of the liquid crystal layer. It serves to deflect the incident light and reflect it. In general, the diameter of the input optical signal is larger than the size of a single pixel, and thus the optical signal is reflected through multiple pixels. The wavelength selection switch based on the liquid crystal on silicon (LCoS) device of the present invention, each wavelength incident light is incident on the silicon liquid crystal device according to the image pattern displayed on the liquid crystal (liquid crystal on silicon, LCoS) device Reflects at different angles.
또한, 상기 실리콘 백플레인층과 액정층 사이에는 광 변조를 유발하는 반사층 픽셀 전극이 형성된다. 상기 반사층 픽셀 전극은 입력되는 광의 강도를 변화시켜 광에 신호를 싣는 광 변조를 유발하여 광통신에 사용될 수 있다. 상기 반사층 픽셀 전극은 해당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 전극을 사용할 수 있고, 바람직하게는 알루미늄 반사 전극일 수 있다. In addition, between the silicon backplane layer and the liquid crystal layer, a reflective layer pixel electrode causing light modulation is formed. The reflective layer pixel electrode may be used for optical communication by changing the intensity of the input light to induce light modulation carrying a signal on the light. The reflective layer pixel electrode may be an electrode commonly used in the art, and preferably an aluminum reflective electrode.
이와 관련하여, 도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 실리콘액정 소자 기반의 파장 선택 스위치의 구조도이다. 상기 도면을 참조하면, 실리콘 백플레인층과 유리 기판층 사이에 액정층이 존재하고, 상기 실리콘 백플레인층과 유리 기판층 사이에 반사층 픽셀 전극이 형성되어 있다. 또한, 상기 유리 기판층과 액정층 사이에 그래핀 투명전극이 형성되어 있어, 광이 입사되면 상기 그래핀 투명전극을 2번 통과하게 됨을 확인할 수 있다. 따라서, 광량의 손실을 최소화하기 위해서 상기 그래핀 투명전극이 적외선 파장대에서 투명한 성질을 유지하는 것이 필요하며, 투명전극의 투과도가 반사광의 강도에 중요한 영향을 미쳐, 그래핀 투명전극의 우수한 투과도가 필요함을 확인할 수 있다. In this regard, FIG. 2 is a structural diagram of a wavelength selection switch based on a silicon liquid crystal device according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to the drawings, a liquid crystal layer exists between the silicon backplane layer and the glass substrate layer, and a reflective layer pixel electrode is formed between the silicon backplane layer and the glass substrate layer. In addition, since the graphene transparent electrode is formed between the glass substrate layer and the liquid crystal layer, it can be seen that when the light is incident, the graphene transparent electrode passes twice. Therefore, in order to minimize the loss of light quantity, it is necessary for the graphene transparent electrode to maintain a transparent property in the infrared wavelength band, and the transmittance of the transparent electrode has a significant effect on the intensity of reflected light, so that the graphene transparent electrode needs excellent transmittance. can confirm.
한편, 상술한 본 발명의 그래핀 투명전극 중 어느 하나가 상기 액정층과 유리 기판층 사이에 형성되어 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치를 구성할 수 있다. 이를 통해, 가시광 영역 및 적외선 영역 모두에서 우수한 광 투과도를 가질 뿐만 아니라, 적외선 영역에서는 가시광 영역에 비하여 현저히 향상된 광 투과도를 가져 적외선 파장대의 광통신에 사용되는 소자의 광 출력을 현저히 향상시킬 수 있는 실리콘액정 소자 기반의 파장 선택 스위치를 제공할 수 있다. 이에 따라 본 발명은 적외선 이미징, 적외선 센서, 적외선 발광체 등으로 다양하게 활용할 수 있는 장점이 있다. Meanwhile, any one of the graphene transparent electrodes of the present invention described above may be formed between the liquid crystal layer and the glass substrate layer to configure a wavelength selection switch using a silicon liquid crystal element. Through this, not only has excellent light transmittance in both the visible light region and the infrared region, but also has a significantly improved light transmittance in the infrared region compared to the visible light region, which can significantly improve the light output of devices used for optical communication in the infrared wavelength band. It is possible to provide a device-based wavelength selection switch. Accordingly, the present invention has an advantage that can be used in various ways, such as infrared imaging, infrared sensors, infrared emitters.
본 발명의 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치는 1000~1600nm의 모든 파장대에서 광 반사율이 72% 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는, 1500~1600nm의 모든 파장대에서 광 반사율이 80% 이상일 수 있다. 즉, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 1000~1600nm 범위에 속하는 모든 파장에서 광 반사율이 72% 이상일 수 있고, 이와 동시에 1500~1600 nm 범위에 속하는 모든 파장에서 광 반사율이 80%이상일 수 있다. The wavelength selection switch using the silicon liquid crystal device of the present invention may have a light reflectance of 72% or more in all wavelength bands of 1000 to 1600 nm, and more preferably, a light reflectance of 80% or more in all wavelength bands of 1500 to 1600 nm. That is, according to a preferred embodiment of the present invention, the light reflectivity may be 72% or more at all wavelengths belonging to the range of 1000 to 1600 nm, and at the same time, the light reflectance at all wavelengths belonging to the range of 1500 to 1600 nm may be 80% or more.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 본 발명의 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치는 하기의 조건 (d) 및 (e)를 모두 만족할 수 있다. According to one preferred embodiment of the present invention, the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal device of the present invention may satisfy both of the following conditions (d) and (e).
(d) 1000~1400nm의 파장대에서 RG ≤ RI 일 것(d) R G in the wavelength range of 1000~1400nm ≤ R I
(e) 1500~1600nm의 파장대에서 RG ≥ RI 일 것(e) R G in the wavelength range from 1500 to 1600 nm ≥ R I
(RG : 그래핀 투명전극을 이용한 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치의 광 반사율(%), RI : 인듐-주석 산화물(ITO) 투명전극을 이용한 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치의 광 반사율(%))(R G : Light reflectance (%) of wavelength selection switch using silicon liquid crystal element using graphene transparent electrode, R I : Light reflectance (%) of wavelength selection switch using silicon liquid crystal element using indium-tin oxide (ITO) transparent electrode )
이 때, 상기 RG는 상술한 본 발명의 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치의 광 반사율을 의미하며, RI는 본 발명의 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치에 포함되는 상기 액정층과 유리 기판층 사이에 형성된 그래핀 투명전극 대신에 해당 기술 분야에서 통상적으로 이용되는 인듐-주석 산화물(ITO)을 이용하는 경우의 광 반사율을 의미한다.At this time, the R G means the light reflectivity of the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal element of the present invention described above, R I is the liquid crystal layer and the glass substrate included in the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal element of the present invention It means the light reflectance when using indium-tin oxide (ITO) commonly used in the art instead of the graphene transparent electrode formed between the layers.
이를 통해 본 발명은 1500~1600nm 파장대의 적외선 영역에 적합한 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치를 제공할 수 있으며, 적외선 이미징, 적외선 센서, 적외선 발광체 등 적외선을 이용하는 다양한 기술 분야에 활용할 수 있는 장점이 있다. Through this, the present invention can provide a wavelength selection switch using a silicon liquid crystal element suitable for an infrared region of 1500 to 1600 nm wavelength band, and has an advantage that can be utilized in various technical fields using infrared such as infrared imaging, infrared sensor, and infrared emitter. .
한편, 도 3은 광파장 대역 구분표이고, IUT-T(International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector) 광파장 대역 구분에 따르면 중장거리 전송을 위해서는 C 밴드 (1530nm ~ 1565nm), L 밴드 (1565nm ~ 1625nm)와 U 밴드 (1625nm ~ 1675nm)의 파장을 가지는 광원이 사용된다. 이 중 C 밴드는 중장거리 전송에 이용되는 저손실대역으로, 상기 파장대에서의 광 투과도를 향상시켜 광통신에 사용되는 소자의 광 출력을 향상시킬 필요성이 있다. Meanwhile, FIG. 3 is an optical wavelength band classification table, and according to the IUT-T (International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector) optical wavelength band classification, C band (1530 nm to 1565 nm), L band (1565 nm to 1625 nm) and U for medium and long distance transmission A light source having a wavelength in the band (1625nm to 1675nm) is used. Among them, the C band is a low-loss band used for medium to long distance transmission, and there is a need to improve the light output of the device used for optical communication by improving light transmittance in the wavelength band.
이에 본 발명은 광통신에 사용되는 상기 C 밴드, 즉 1530nm ~ 1565nm 파장대에서 현저히 향상된 광 반사율을 가지는 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치를 제공한다. 이와 관련하여, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, Accordingly, the present invention provides a wavelength selection switch using a silicon liquid crystal device having a significantly improved light reflectivity in the C band, that is, 1530nm to 1565nm wavelength band, used in optical communication. In this regard, according to a preferred embodiment of the present invention,
본 발명의 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치는 1530~1565nm 파장대에서 하기의 관계식 2를 만족할 수 있다. The wavelength selection switch using the silicon liquid crystal device of the present invention may satisfy the following Equation 2 in the wavelength range of 1530 to 1565 nm.
[관계식 2][Relationship 2]
1.7 ≤ (RG - RI )/RI ×100 ≤ 4.01.7 ≤ (R G - R I )/R I ×100 ≤ 4.0
(RG : 상기 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치의 광 반사율(%), RI : 상기 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치에 포함되는 투명전극으로 그래핀 대신 인듐-주석 산화물(ITO)을 이용하는 경우의 광 반사율(%)) (R G : Light reflectance (%) of the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal element, R I : Light when using indium-tin oxide (ITO) instead of graphene as a transparent electrode included in the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal element reflectivity(%))
상기 관계식 2는 바람직하게는 1.7 ≤ (RG - RI )/RI ×100 ≤ 3.8일 수 있고, 보다 바람직하게는 1.7 ≤ (RG - RI )/RI ×100 ≤ 3.6일 수 있다. The relational expression 2 may preferably be 1.7 ≤ (R G - R I )/R I ×100 ≤ 3.8, and more preferably 1.7 ≤ (R G - R I )/R I ×100 ≤ 3.6. .
이를 통해 본 발명은 C 밴드 영역에서 광 반사율이 현저히 우수하여, 해당 파장 영역에서의 사용이 적합한 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치를 제공할 수 있는 효과가 있다.Through this, the present invention has an effect of providing a wavelength selection switch using a silicon liquid crystal device suitable for use in a corresponding wavelength region because the light reflectance in the C band region is remarkably excellent.
구체적으로, 도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 실리콘액정 소자 기반의 파장 선택 스위치의 반사율 그래프이다. 상기 그래프를 참조하면, 본 발명의 그래핀 투명전극을 포함하는 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치는 1500~1600nm 파장대에서 현저히 높은 반사율을 가져, 적외선을 이용하는 다양한 기술 분야에 활용할 수 있음을 알 수 있다.Specifically, FIG. 4 is a graph of reflectivity of a wavelength selection switch based on a silicon liquid crystal device according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to the graph, it can be seen that the wavelength selection switch using a silicon liquid crystal element including the graphene transparent electrode of the present invention has a remarkably high reflectance in a wavelength range of 1500 to 1600 nm, and can be utilized in various technical fields using infrared rays. .
결국, 본 발명의 그래핀 투명전극 및 이를 포함하는 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치는 가시광 영역에서 우수한 광 투과도를 가짐과 동시에 적외선 영역에서는 이보다 향상된 광 투과도를 가져 적외선 파장대의 광통신에 사용되는 소자의 광 출력을 현저히 향상시킬 수 있어 적외선 이미징, 적외선 센서, 적외선 발광체 등 적외선을 이용하는 다양한 기술 분야에 활용될 수 있다.As a result, the wavelength selection switch using the graphene transparent electrode of the present invention and a silicon liquid crystal device including the same has excellent light transmittance in the visible light region and has improved light transmittance in the infrared region. Since the light output can be significantly improved, it can be utilized in various technical fields using infrared, such as infrared imaging, infrared sensors, and infrared emitters.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples.
실시예Example 1 One
35℃의 Cu 판을 CVD로 장입하였다. 상기 로에 약 1000℃에서 CH4를 약 5분 동안 30 sccm의 속도로 흘려 주었다. 그 다음, H2 분위기 하에서, 600℃까지 60℃/min의 속도로, 상온까지 40℃/min의 속도로 냉각하여, Cu 상에 그래핀을 형성하였다. Cu 및 그래핀의 적층체를 (NH4)S2O8 4 wt% 수용액에 120분 동안 침지하여 Cu를 제거하였다. 이렇게 얻어진 그래핀을 3 wt%의 1,2,4-벤조트리아진, 3 wt%의 H2O2, 9 wt%의 H2SO4 및 잔부의 물을 포함하는 조성물에 40분 동안 침지하여 도핑 그래핀을 얻었다. 상기 도핑 그래핀을 이용한 유리 기판상에 구비된 그래핀 투명전극을 준비하였다. 다음으로, 실리콘 백플레인층 상에 반사층 픽셀전극을 구비하고, 밀봉재(sealing material)를 도포하였다. 그 후, 액정을 도포하여 액정층을 형성하였다. 상기 액정층 상에 유리 기판층 상에 형성된 그래핀 투명전극을 합지하고, 상기 밀봉재를 경화하여 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치를 제조하였다.The 35°C Cu plate was charged by CVD. CH 4 was flowed in the furnace at a rate of 30 sccm for about 5 minutes at about 1000°C. Then, under H 2 atmosphere, cooling was performed at a rate of 60° C./min to 600° C. and at a rate of 40° C./min to room temperature to form graphene on Cu. The stack of Cu and graphene was immersed in a 4 wt% aqueous solution of (NH 4 )S 2 O 8 for 120 minutes to remove Cu. The graphene thus obtained was immersed in a composition containing 3 wt% of 1,2,4-benzotriazine, 3 wt% of H 2 O 2 , 9 wt% of H 2 SO 4 and the remainder for 40 minutes. Doped graphene was obtained. A graphene transparent electrode provided on a glass substrate using the doped graphene was prepared. Next, a reflective layer pixel electrode was provided on the silicon backplane layer, and a sealing material was applied. Then, a liquid crystal layer was formed by applying a liquid crystal. A graphene transparent electrode formed on a glass substrate layer was laminated on the liquid crystal layer, and the sealing material was cured to prepare a wavelength selection switch using a silicon liquid crystal element.
비교예Comparative example 1 One
상기 그래핀 투명전극 대신에 인듐-주석 산화물(ITO) 전극을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 실시하였다. It was carried out in the same manner as in Example 1, except that an indium-tin oxide (ITO) electrode was used instead of the graphene transparent electrode.
실험예Experimental Example 1. 반사율 측정 1. Reflectance measurement
상기 실시예 1 및 비교예 1을 통해 제조한 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치의 반사율을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1 및 도 4의 그래프에 나타내었다. 하기 표 1의 반사율의 증가율은 소수점 둘째자리까지 반올림하여 나타내었다.The reflectivity of the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal device manufactured through Example 1 and Comparative Example 1 was measured, and the results are shown in the graphs of Tables 1 and 4 below. The increase rate of the reflectance in Table 1 is shown by rounding to the second decimal place.
표 1Table 1
상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 그래핀 투명전극을 포함하는 실시예 1은 비교예 1에 비하여 반사율이 현저히 우수함을 알 수 있다. 특히, 1500nm 이상에서는 현저히 우수한 증가율을 보이며, 1565nm에서는 3.49%의 높은 증가율을 보여 본 발명의 반사율이 현저히 우수함을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, it can be seen that Example 1 including the graphene transparent electrode of the present invention has significantly better reflectance than Comparative Example 1. In particular, at 1500nm or more, it shows a remarkably good increase rate, and at 1565nm, it shows a high increase rate of 3.49%, which confirms that the reflectance of the present invention is remarkably excellent.
Claims (8)
상기 실리콘 백플레인층의 상부면과 액정층 하부 사이에 형성되어 광 변조를 유발하는 반사층 픽셀 전극; 및
상기 액정층 상부와 유리 기판층 하부면 사이에 형성되고, 기판 및 상기 기판 상에 전사된 한 층 이상의 그래핀을 포함하는 그래핀 투명전극
을 포함하고,
상기 그래핀은 면저항이 400Ω/sq이하일 때 1500~1700nm의 파장대에서 98% 이상이고, 1500~1700nm의 파장대에서의 광 투과도가 500~700nm의 파장대에서의 광 투과도보다 높으며,
상기 유리 기판층, 상기 그래핀 투명전극 및 상기 액정층을 차례대로 통과하는 입사광은 상기 반사층 픽셀 전극에 의해 반사되어 상기 액정층, 상기 그래핀 투명전극 및 상기 유리 기판층을 차례대로 통과하여 반사광으로 출력되고,
상기 입사광에 대한 상기 반사광의 광 반사율은 1000~1400nm의 파장 범위에서는 72.9%~78.2%이고, 1500~1600nm의 파장 범위에서는 80.2%~83.7%이며,
1000~1600nm의 파장 범위에서, 1200nm와 1300nm 사이의 광 반사율의 변화율은 나머지 파장대에서 100nm 단위로 변할 때 광 반사율의 변화율보다 큰
실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치.
In the wavelength selection switch using a silicon liquid crystal element is a liquid crystal layer is formed between the silicon backplane layer and the glass substrate layer,
A reflective layer pixel electrode formed between an upper surface of the silicon backplane layer and a lower portion of the liquid crystal layer to cause light modulation; And
A graphene transparent electrode formed between the upper portion of the liquid crystal layer and the lower surface of the glass substrate layer, and comprising a substrate and one or more graphene transferred on the substrate
Including,
When the sheet resistance is 400Ω/sq or less, the graphene is 98% or more in the wavelength range of 1500 to 1700nm, and the light transmittance in the wavelength range of 1500 to 1700nm is higher than the light transmittance in the wavelength range of 500 to 700nm,
The incident light passing through the glass substrate layer, the graphene transparent electrode, and the liquid crystal layer in turn is reflected by the reflective layer pixel electrode, and passes through the liquid crystal layer, the graphene transparent electrode, and the glass substrate layer in turn to reflect light. Output,
The light reflectance of the reflected light to the incident light is 72.9% to 78.2% in the wavelength range of 1000 to 1400 nm, and 80.2% to 83.7% in the wavelength range of 1500 to 1600 nm,
In the wavelength range of 1000 to 1600 nm, the rate of change of the light reflectivity between 1200 nm and 1300 nm is greater than the rate of change of the light reflectivity when changing in units of 100 nm in the remaining wavelength bands
Wavelength selection switch using silicon liquid crystal element.
하기의 조건 (d) 및 (e)를 모두 만족하는 것을 특징으로 하는 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치.
(d) 1000~1400nm의 파장대에서 RG ≤ RI 일 것
(e) 1500~1600nm의 파장대에서 RG ≥ RI 일 것
(RG : 상기 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치의 광 반사율(%), RI : 상기 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치에 포함되는 투명전극으로 그래핀 대신 인듐-주석 산화물(ITO)을 이용하는 경우의 광 반사율(%))
According to claim 4,
Wavelength selection switch using a silicon liquid crystal device, characterized in that both of the following conditions (d) and (e) are satisfied.
(d) R G in the wavelength range of 1000~1400nm ≤ R I
(e) R G in the wavelength range from 1500 to 1600 nm ≥ R I
(R G : Light reflectance (%) of the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal element, R I : Light when using indium-tin oxide (ITO) instead of graphene as a transparent electrode included in the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal element reflectivity(%))
1530~1565nm 파장대에서 하기의 관계식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치.
[관계식 2]
1.7 ≤ (RG - RI )/RI ×100 ≤ 4.0
(RG : 그래핀 투명전극을 이용한 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치의 광 반사율(%), RI : 인듐-주석 산화물(ITO) 투명전극을 이용한 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치의 광 반사율(%))
According to claim 4,
Wavelength selection switch using a silicon liquid crystal device, characterized in that satisfies the following relationship 2 in the wavelength range of 1530 ~ 1565nm.
[Relationship 2]
1.7 ≤ (R G - R I )/R I ×100 ≤ 4.0
(R G : Light reflectance (%) of wavelength selection switch using silicon liquid crystal element using graphene transparent electrode, R I : Light reflectance (%) of wavelength selection switch using silicon liquid crystal element using indium-tin oxide (ITO) transparent electrode )
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