KR20190133889A - GRAPHENE TRANSPARENT ELECTRODE AND LCoS BASED WAVELENGTH SELECTIVE SWITCH COMPRISING THE SAME - Google Patents
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Abstract
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 region and at the same time having an improved light transmittance in the infrared region is used for optical communication in the infrared wavelength range The present invention relates to a graphene transparent electrode capable of significantly improving the light output of a device, and a silicon liquid crystal device-based wavelength selection switch 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 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 through a single optical fiber through optical communication, and to transmit a signal of a specific wavelength to an arbitrary output port in an input signal composed of multiple wavelengths. 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. In the past, microelectromechanical (MEMS) mirror-based wavelength selection switches have been developed, but recently, liquid crystal on silicon (LCoS) device-based wavelength selection switches have excellent port expandability and are advantageous for alignment. This 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, 투명전극층이이 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, incident light for the silicon liquid crystal device-based wavelength selection switch is adjusted through differential phase delay, which is performed by a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) backplane and a liquid crystal layer. For this purpose, a transparent electrode layer is required as the common electrode. Such a transparent electrode needs to be transparent in the infrared wavelength band in order to minimize the loss of the amount of light used for optical communication, and the light transmittance of the transparent electrode layer has an important influence on the intensity of the 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 Laid-Open Patent Publication No. 2003-0062886 discloses a silicon liquid crystal device-based wavelength selection switch using indium tin oxide (ITO), which is a representative transparent electrode material currently used, as a transparent electrode. The silicon liquid crystal device-based wavelength selection switch using indium-tin oxide (ITO) as a transparent electrode satisfies transparent properties in the visible light region of 400 to 700 nm wavelength, while transparent properties and light transmittance are rapidly changed in the infrared wavelength range of 1500 nm or more. There is a problem 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 range, it is necessary to improve transmittance through additional thin film deposition.
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 made to solve the above-described problems, the first problem to be solved by the present invention has an excellent light transmittance in the visible region and at the same time have an improved light transmittance in the infrared region device used for optical communication in the infrared wavelength range It is to provide a graphene transparent electrode and a silicon liquid crystal device-based wavelength selection switch including the same 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 having a low sheet resistance value in the infrared region by a simple process, and can maintain a transparent property, it is easy to commercialize the graphene transparent electrode and including the same To provide a silicon liquid crystal device-based wavelength selection switch.
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 problems, the present invention includes a substrate and at least one layer of graphene transferred on the substrate, the graphene is light transmittance of 98% or more in the wavelength range of 1500 ~ 1700nm when the sheet resistance is 400Ω / sq or less It provides a graphene transparent electrode having a.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 그래핀은 하기의 조건 (a) 및 (b)를 모두 만족할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the graphene may satisfy all 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 band of 1500 ~ 1700nm is higher than the light transmittance in the wavelength band of 500 ~ 700nm
(b) 상기 그래핀은 면저항이 400Ω/sq이하일 때 1500~1700nm의 파장대에서의 광 투과도가 100% 이상일 것(b) The graphene has a light transmittance of 100% or more in the wavelength range of 1500 ~ 1700nm when the sheet resistance is 400Ω / 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) satisfy the following relation
[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 1500nm wavelength band, T 550 : light transmittance of graphene in 550nm wavelength band (%))
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 provides a wavelength selection switch using a silicon liquid crystal device in which a liquid crystal layer is formed between a silicon backplane layer and a glass substrate layer, the 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; the 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 ~ 1600nm.
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 reflectance of 80% or more in all wavelength bands of 1500 ~ 1600nm.
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 can satisfy all of the following conditions (d) and (e).
(d) 1000~1400nm의 파장대에서 RG ≤ RI 일 것(d) R G in the wavelength range of 1000 to 1400 nm ≤ R I
(e) 1500~1600nm의 파장대에서 RG ≥ RI 일 것(e) R G in the wavelength range 1500-1600 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 (%) I of the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal device : 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 device
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 can satisfy the following relation 2 in the wavelength band 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 device using graphene transparent electrode, R I : Light reflectance (%) of wavelength selection switch using silicon liquid crystal device 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). The carbon atoms constituting the graphene form a 6-membered ring as a basic repeating unit, but may further include a 5-membered ring and / or a 7-membered ring. Depending on the amount of 5-membered and / or 7-membered rings that may be included in graphene, the shape of the graphene may vary. Graphene may be formed of a single layer, but a plurality of them may be 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 region and the infrared region, but also has a significantly improved light transmittance in the infrared region compared to the visible region, thereby significantly improving the light output of devices used for optical communication in the infrared wavelength range. Provided are a transparent electrode and a silicon liquid crystal device-based wavelength selection switch 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 can have a low sheet resistance value in the infrared region and at the same time maintain a transparent property, so that the graphene transparent electrode and silicon liquid crystal device-based wavelength selection switch including the same can be used as infrared imaging, infrared sensor, infrared emitter, etc. To provide.
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 the transmittance of graphene according to an embodiment of the present invention.
2 is a structural diagram of a silicon liquid crystal device-based wavelength selection switch according to an embodiment of the present invention.
3 is an optical wavelength band separation table.
4 is a reflectance graph of a silicon liquid crystal device-based wavelength selection switch 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 may easily implement the present invention.
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 silicon liquid crystal device-based wavelength selection switch using indium tin oxide (ITO) as a transparent electrode satisfies transparent properties in the visible region in the 400 to 700 nm wavelength range while the infrared wavelength range of 1500 nm or more. In this case, the transparent property and the light transmittance are sharply lowered, and thus there is a problem that the light output of the device used for the optical communication in the infrared wavelength band is significantly lowered. In addition, in order to use indium tin oxide (ITO) as a transparent electrode in the infrared wavelength range, it is necessary to improve transmittance through additional thin film deposition.
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.Therefore, the present invention includes a substrate and at least one layer of graphene transferred onto the substrate, wherein the graphene has a light transmittance of 98% or more at a wavelength range of 1500 to 1700 nm when the sheet resistance is 400 Ω / sq or less. The fin transparent electrode was provided to seek to solve the above problems.
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. As a result, the present invention not only has excellent light transmittance in both the visible and infrared regions, but also has a significantly improved light transmittance in the infrared region compared to the visible region, thereby significantly improving the light output of devices used for optical communication in the infrared wavelength range. have. In addition, the present invention has a low sheet resistance in the infrared region and at the same time can maintain a transparent property has the advantage that can be utilized in various fields such as infrared imaging, infrared sensor, infrared light emitter.
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 said board | substrate is demonstrated. The substrate may include one or more layers of graphene transferred onto the substrate, and the substrate may be any one that may be commonly used in the art. However, the substrate may be a flat material, and more preferably PET. (polyethylene terephthalate), glass (glass), quartz (quartz), sapphire (wafer), or a wafer (wafer) may be used, and a flexible material may 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 by strong covalent bonds of carbon atoms, and has high charge mobility, thermal conductivity, and excellent chemical resistance. In addition, the single layer thickness of the graphene is only about the size of one carbon atom may be about 0.25 ~ 0.35nm. The graphene has a metallic property, has conductivity in a layer direction, and has high mobility of a charge carrier, thereby implementing a high-speed electronic device. The graphene has excellent mechanical robustness and chemical stability, has both semiconductor and conductor properties, and is thin, and thus has great applicability to flat panel display devices, transistors, energy storage devices, and nano-sized electronic devices. If the graphene is used, it is easy to manufacture a device using a semiconductor process technology, and in particular, there is an advantage in that large area integration is easy.
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 the graphene, the graphene included in the present invention has a sheet resistance of 400 Ω / sq or less, when the sheet resistance range is satisfied, the light transmittance in the wavelength range of 1500 ~ 1700nm 98% or more to be. Preferably, when the sheet resistance of the graphene is 350 Ω / sq or less, the graphene may have a light transmittance of 99% or more in the wavelength band of 1500 to 1700 nm, and more preferably, when the sheet resistance of the graphene is 300 Ω / sq or less, the wavelength band of 1500 to 1700 nm. Can have a light transmittance of 100% or more. In general, the optical conductivity of graphene is known as a constant value in a wide wavelength range, but doping by increasing the charge density on the graphene surface can suppress the optical conductivity in the infrared region. If the optical conductivity is low, the amount of light absorbed at the infrared wavelength is reduced, thus increasing the transmittance 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. Generally, the optical conductivity of graphene is known to have a constant value in a wide wavelength range. However, the present invention is doping through the increase in the charge density on the surface of the graphene is suppressed optical conductivity in the infrared region, thereby reducing the amount of light absorbed in the infrared wavelength to improve 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 in the wavelength range of 1500-1700 nm, which is an infrared region, and has a significantly improved light transmittance, and has a transmittance close to 100% even in the wavelength range of 1500-1700 nm. It has an 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, Figure 1 is a graph of the transmittance of the graphene according to an 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 the wavelength band of 1500 nm or more. That is, it can be seen that the graphene only transmittance of the present invention has a high value of 96.6% at 550 nm, and has a high value of 100.8% at 1500 nm, which is rather effective in the infrared region. In addition, it can be seen that even in the region of more than 1500nm, the total transmittance of graphene and PET decreases little by little, more than 2000nm. In contrast, the transmittance of graphene only of the present invention is stably high at 1500 nm or more, which is maintained in a region of 2000 nm or more, and thus it may be confirmed that the graphene of the present invention has an 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 may be used in various applications depending on the conductive properties, the graphene of the present invention should be less than 400Ω / sq. If the sheet resistance of the graphene exceeds 400Ω / sq, light transmittance is significantly lower than 96% in the wavelength range of 1500 to 1700 nm, and it may be difficult to use the transparent electrode.
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 ~ 1700nm which is an infrared region, it is difficult for the graphene to maintain a transparent property in the wavelength band, it is difficult to minimize the loss of the amount of light used for optical communication This can happen. As a result, light loss occurs while the incident light passes 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 a preferred embodiment of the present invention, the graphene may satisfy all 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 band of 1500 ~ 1700nm is higher than the light transmittance in the wavelength band of 500 ~ 700nm
(b) 상기 그래핀은 면저항이 400Ω/sq이하일 때 1500~1700nm의 파장대에서의 광 투과도가 100% 이상일 것(b) The graphene has a light transmittance of 100% or more in the wavelength range of 1500 ~ 1700nm when the sheet resistance is 400Ω / 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. Graphene included in the present invention is more excellent in the light transmittance in the wavelength range of 1500 ~ 1700nm than the light transmittance in the wavelength range of 500 ~ 700nm which is a visible light region. In the wavelength range of 1500-1700 nm, which is an infrared ray region, 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 region and the infrared region, but also has a significantly improved light transmittance in the infrared region as compared to the visible region, thereby significantly improving the light output of the device used for optical communication in the infrared wavelength range. 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) satisfy the following relation
[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 1500nm wavelength band, T 550 : light transmittance of graphene (%) in 550nm wavelength band)
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 1500 nm wavelength band may be 2% or more higher than the light transmittance (T 550 ) in the 550 nm wavelength band. If the T 1500 -T 550 is less than 2%, the transparent property of the transparent electrode rapidly decreases in the infrared wavelength band, and a large amount of light loss is generated by the transparent electrode, thereby decreasing the intensity of the reflected light, which is not suitable for the optical communication field. May 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. The present invention also provides a wavelength selection switch using a silicon liquid crystal device in which a liquid crystal layer is formed between a silicon backplane layer and a glass substrate layer, comprising: a reflective layer pixel electrode formed between the silicon backplane layer and the liquid crystal layer to cause light modulation; It provides a wavelength selection switch using a silicon liquid crystal device comprising a; and any one of the graphene transparent electrode formed between the liquid crystal layer and the glass substrate layer. Accordingly, in addition to excellent light transmittance in both the visible and infrared regions, in the infrared region, the graphene transparent has a significantly improved light transmittance compared to the visible region and can significantly improve the light output of devices used for optical communication in the infrared wavelength range. There is an effect that can provide a silicon liquid crystal device-based wavelength selection switch including an electrode. In addition, it is possible to maintain a transparent property while having a low sheet resistance value in the infrared region, there is an advantage that can be used in various ways such as infrared imaging, infrared sensor, infrared light emitter.
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, a liquid crystal on silicon (LCoS) device used in the present invention will be described. The silicon liquid crystal device controls the direction of incident light in the reflecting plate located at each pixel by using the diffraction phenomenon of light.It has no moving parts, so it is strong in vibration, has excellent port expandability and robustness, loss compensation for each channel, wavelength displacement compensation, It has the advantage of being able to easily perform the function of I / O channel monitoring. The silicon liquid crystal device is manufactured in a reflective type by configuring the pixel electrode on the 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 the silicon backplane layer and the glass substrate layer. The silicon backplane layer is a silicon wafer substrate, and 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 a micro display device. ) Configure 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 angle according to a specific image pattern displayed in the liquid crystal on silicon (LCoS) device region to which the incident optical signal is touched by using the characteristic that the phase state of the liquid crystal layer changes according to the voltage applied to both ends of the liquid crystal layer As a result, the incident light is deflected and reflected. In general, since the aperture of the input optical signal is larger than the size of a single pixel, the optical signal is reflected through a plurality of pixels. In the liquid crystal on silicon (LCoS) device-based wavelength selection switch of the present invention, each wavelength of incident light is incident on the silicon liquid crystal device according to the image pattern displayed on the liquid crystal on silicon (LCoS) device. Reflect 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, a reflective layer pixel electrode is formed between the silicon backplane layer and the liquid crystal layer to cause light modulation. The reflective layer pixel electrode may be used for optical communication by changing the intensity of the input light to cause light modulation to put a signal on the light. The reflective layer pixel electrode may be an electrode commonly used in the art, and may be 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, Figure 2 is a structural diagram of a silicon liquid crystal device-based wavelength selection switch according to an embodiment of the present invention. Referring to the drawing, 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 the light passes through the graphene transparent electrode twice. Therefore, in order to minimize the loss of light, 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 an important effect on the intensity of the reflected light, and thus the excellent transmittance of the graphene transparent electrode is necessary. 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 form a wavelength selection switch using a silicon liquid crystal device. This not only has excellent light transmittance in both the visible and infrared regions, but also has a significantly improved light transmittance in the infrared region compared to the visible region, which can significantly improve the light output of devices used for optical communication in the infrared wavelength range. An element-based wavelength selection switch can be provided. Accordingly, the present invention has an advantage that can be utilized in various ways such as infrared imaging, infrared sensor, infrared light emitter.
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 1600nm, and more preferably, light reflectance of 80% or more in all wavelength bands of 1500 to 1600nm. That is, according to the preferred embodiment of the present invention, the light reflectance may be 72% or more at all wavelengths in the range of 1000 to 1600 nm, and at the same time, the light reflectance may be 80% or more at all wavelengths in the range of 1500 to 1600 nm.
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 a preferred embodiment of the present invention, the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal device of the present invention can 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 to 1400 nm ≤ R I
(e) 1500~1600nm의 파장대에서 RG ≥ RI 일 것(e) R G in the wavelength range 1500-1600 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 device using graphene transparent electrode, R I : Light reflectance (%) of wavelength selection switch using silicon liquid crystal device 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.In this case, R G means the light reflectance of the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal device of the present invention, R I is the liquid crystal layer and the glass substrate included in the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal device of the present invention It refers to the light reflectance when using indium tin oxide (ITO) commonly used in the art in place 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 device suitable for the infrared region of the 1500 ~ 1600nm wavelength range, there is an advantage that can be utilized in various technical fields using infrared, such as infrared imaging, infrared sensor, 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 International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector (ITUT-T) optical wavelength band classification, C band (1530 nm to 1565 nm), L band (1565 nm to 1625 nm), and U band for medium to long distance transmission A light source with a wavelength in the band (1625 nm to 1675 nm) is used. Among them, the C band is a low loss band used for medium and long distance transmission, and it is necessary to improve light transmittance in the wavelength band to improve light output of devices used in optical communication.
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 reflectance in the C band, that is, in the wavelength band 1530nm to 1565nm used for 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 1530-1565 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 device, R I : Light when the indium tin oxide (ITO) is used instead of graphene as a transparent electrode included in the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal device. 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 relation 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 is remarkably excellent in the light reflectance in the C band region, there is an effect that can provide a wavelength selection switch using a silicon liquid crystal device suitable for use in the wavelength region.
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, Figure 4 is a graph of the reflectance of the silicon liquid crystal device-based wavelength selection switch according to an embodiment of the present invention. Referring to the graph, it can be seen that the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal device including the graphene transparent electrode of the present invention has a significantly high reflectance in the wavelength range of 1500 to 1600 nm, and thus can be used 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 the silicon liquid crystal device including the same have excellent light transmittance in the visible region and at the same time have an improved light transmittance in the infrared region. Significantly improved light output can be utilized in various technical fields using infrared, such as infrared imaging, infrared sensors, infrared emitters.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to 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.A Cu plate at 35 ° C. was charged by CVD. CH 4 was flowed into the furnace at about 1000 ° C. at a rate of 30 sccm for about 5 minutes. Then, in the atmosphere of H 2 , cooling was carried out at a rate of 60 ° C./min up to 600 ° C. and at a rate of 40 ° C./min up to room temperature, thereby forming graphene on Cu. The laminate of Cu and graphene was immersed in a (NH 4 ) S 2 O 8 4 wt% aqueous solution 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 balance of water 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. Thereafter, liquid crystal was applied to form a liquid crystal layer. The graphene transparent electrode formed on the 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 device.
비교예Comparative example 1 One
상기 그래핀 투명전극 대신에 인듐-주석 산화물(ITO) 전극을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 실시하였다. Indium tin oxide (ITO) electrode was used in place of the graphene transparent electrode was carried out in the same manner as in Example 1.
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 reflectance 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 Table 1 and FIG. 4. In Table 1, the increase rate of the reflectance is represented by rounding to two decimal places.
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 is significantly superior in reflectance compared to Comparative Example 1. In particular, the 1500 nm or more shows a remarkably excellent increase rate, 1565 nm shows a high increase rate of 3.49% it can be seen that the reflectance of the present invention is remarkably excellent.
Claims (8)
상기 그래핀은 면저항이 400Ω/sq이하일 때 1500~1700nm의 파장대에서 98% 이상의 광 투과도를 가지는 것을 특징으로 하는 그래핀 투명전극.
A substrate and at least one layer of graphene transferred onto the substrate,
The graphene is a graphene transparent electrode having a light transmittance of 98% or more in the wavelength band of 1500 ~ 1700nm when the sheet resistance is 400Ω / sq or less.
상기 그래핀은 하기의 조건 (a) 및 (b)를 모두 만족하는 것을 특징으로 하는 그래핀 투명전극.
(a) 1500~1700nm의 파장대에서의 광 투과도가 500~700nm의 파장대에서의 광 투과도보다 높을 것
(b) 상기 그래핀은 면저항이 400Ω/sq이하일 때 1500~1700nm의 파장대에서의 광 투과도가 100% 이상일 것
The method of claim 1,
The graphene is a graphene transparent electrode, characterized in that to satisfy all of the following conditions (a) and (b).
(a) The light transmittance in the wavelength band of 1500 ~ 1700nm is higher than the light transmittance in the wavelength band of 500 ~ 700nm
(b) The graphene has a light transmittance of 100% or more in the wavelength range of 1500 ~ 1700nm when the sheet resistance is 400Ω / sq or less
상기 그래핀은 하기의 조건 (c)를 더 만족하는 것을 특징으로 하는 그래핀 투명전극.
(c) 하기 관계식 1을 만족할 것
[관계식 1]
T1500-T550 ≥ 2.0(%)
(T1500 : 1500nm 파장대에 그래핀의 광 투과도(%), T550 : 550nm 파장대에서의 그래핀의 광 투과도(%))
The method of claim 1,
The graphene is a graphene transparent electrode, characterized in that further satisfying the following condition (c).
(c) satisfy the following relation
[Relationship 1]
T 1500 -T 550 ≥ 2.0 (%)
(T 1500 : Light transmittance of graphene (%) in 1500nm wavelength band, T 550 : light transmittance of graphene in 550nm wavelength band (%))
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 스위치.
In a wavelength selection switch using a silicon liquid crystal device in which a liquid crystal layer is 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
And a graphene transparent electrode according to any one of claims 1 to 3 formed between the liquid crystal layer and the glass substrate layer.
1000~1600nm의 모든 파장대에서 광 반사율이 72% 이상인 것을 특징으로 하는 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치.
The method of claim 4, wherein
A wavelength selection switch using a silicon liquid crystal device, characterized in that the light reflectance is 72% or more in all wavelength bands of 1000 ~ 1600nm.
1500~1600nm의 모든 파장대에서 광 반사율이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 실리콘액정 소자를 이용한 파장 선택 스위치.
The method of claim 5,
A wavelength selection switch using a silicon liquid crystal device, characterized in that the light reflectance is more than 80% in all wavelength bands of 1500 ~ 1600nm.
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(%))
The method of claim 4, wherein
A wavelength selection switch using a silicon liquid crystal device, characterized by satisfying all of the following conditions (d) and (e).
(d) R G in the wavelength range of 1000 to 1400 nm ≤ R I
(e) R G in the wavelength range 1500-1600 nm ≥ R I
(R G : Light reflectance (%) of the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal device, R I : Light when the indium tin oxide (ITO) is used instead of graphene as a transparent electrode included in the wavelength selection switch using the silicon liquid crystal device. 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(%))
The method of claim 4, wherein
A wavelength selective switch using a silicon liquid crystal device, characterized in that the following relation 2 is satisfied in the wavelength range of 1530-1565 nm.
[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 device using graphene transparent electrode, R I : Light reflectance (%) of wavelength selection switch using silicon liquid crystal device using indium tin oxide (ITO) transparent electrode )
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