KR100714531B1 - 가시 스펙트럼에 대한 광대역 와이어 그리드 편광자 - Google Patents

가시 스펙트럼에 대한 광대역 와이어 그리드 편광자 Download PDF

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Abstract

가시 스펙트럼에 대한 대역 와이어 그리드 편광자(400)는 기질(1210) 위에 지지된 복수개의 길게 뻗은 요소(1240)를 갖는다. 공명 발생시 가장 긴 파장을 줄이기 위해 기질의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 영역(1250)이 기질 및 요소 사이에 배열된다.

Description

가시 스펙트럼에 대한 광대역 와이어 그리드 편광자{BROADBAND WIRE GRID POLARIZSER FOR THE VISIBLE SPECTRUM}
본 발명은 전자기 스펙트럼의 가시영역에 사용하는 광학 요소를 편광시키는데 관련된다. 특히 본 발명은 직교편광의 빛을 효과적으로 반사시키는 동안에 특정한 편광 빛을 효과적으로 투과시키는 광대역 와이어 그리드 편광자에 관련된다.
무선 파형을 편광시키기 위한 평행 전도 와이어 어레이(array)의 사용은 약 110년 전으로 거슬러 올라간다. 통상적으로 투명 기질에 의해 지지되는 얇은 평행 전도체 어레이 형식인 와이어 그리드는 전자기 스펙트럼의 적외선 영역에 대한 편광자로 사용되어져 왔다.
와이어 그리드 편광자 성능을 결정하는 중요한 요소는 평행 그리드 요소의 중앙 대 중앙 간격 혹은 주기와 입사 방사선의 파장 사이의 관계이다. 만약 그리드 간격 혹은 주기가 파장에 비교해 볼 때 길다면, 편광자보다는 회절격자의 기능으로 그리드는 종래의 원리에 따라 편광을 회절시킨다. 만약 그리드 간격 혹은 주기가 파장보다 짧다면, 그리드는 그리드 요소에 평행하게 편광된 전자기 방사를 반사시키고, 직교 편광의 방사를 투과시키는 역할을 한다.
그리드 주기가 대략 파장의 절반에서 두배의 범위 내에 있는 전이 영역은 그리드의 투과 및 반사 특성의 갑작스런 변화로 나타난다. 특히, 그리드 요소에 대해 직교 편광된 빛에 대해서 편광된 갑작스런 반사율의 증가와 그에 상응하는 투과율 감소는 정해진 입사각에서 하나 이상의 특정한 파장에서 일어난다. 이러한 효과는 우드(Wood)에 의해 1902년에(Philosophical Magazine, 1902년 9월) 최초로 보고되었고, "우드 변이(anomalies)"라고 불린다. 레일리(Rayleigh)는 우드 데이터를 분석했고, 높은 회절 차수가 나타나는(Philosophical Magazine, vol14(79), 페이지 60-65, 1907년 7월) 각도 및 파장의 조합에서 변이가 일어난다는 통찰력을 갖고 있었다. 레일리는 변이(통상적으로"레일리 공명"이라고도 불림)의 위치를 추정하기 위해 다음과 같은 방정식을 만들어냈다.
Figure 112006088169585-pct00001
(방정식 1)
ε는 회절 주기;
n은 격자를 둘러싼 매질의 굴절률;
k는 나타나는 회절된 항목의 차수에 상응하는 정수;
λ과 Θ은 공명이 일어나는 파장 및 입사각(둘다 공기에서 측정됨)이다.
절연 기질의 한 측면에 형성된 격자의 경우, 상기 공식의 n은 1 혹은 기질 재료의 굴절률과 동일할 수 있다. 공명이 일어나는 가장 긴 파장은 다른 공식으로 주어진다.
Figure 112006088169585-pct00002
(방정식 2)
여기서 n은 기질의 굴절률로 고정된다.
각도 의존도의 효과는 각도가 증가함에 따라 투과 영역을 더 넓은 파장으로 이동시킨다. 편광자를 편광 회전 거울 혹은 편광 광선 분할기로 사용하고자 할 때 이와 같은 사실은 매우 중요하다.
도 1은 종래 기술의 기본적인 와이어 그리드 편광자를 도시하고, 종래 기술 및 본 발명에 관한 일련의 사례들에 사용될 용어들을 정의한다. 와이어 그리드 편광자(100)는 절연 기질(120)에 의해 지지되는 여러개의 평행한 전도성 전극(110)으로 구성된다. 이 장치는 전도체의 주기 혹은 피치(pitch), p로 표시; 개별 전도체의 폭, w로 표시; 전도체의 주께, t로 표시된다. 광원(132)에 의해 생성된 빛의 광선(130)은 법선으로부터 각 Θ로 편광자에 입사된다. 이때, 입사 평면은 전도성 요소에 수직이다. 와이어 그리드 편광자(100)는 이러한 광선을 반사 성분(140)과, 비-회절형 투과 성분(150)으로 분할한다. 방정식(2)에 의해 주어진 가장 긴 공명 파장보다 짧은 파장에 대해서, 적어도 하나의 고차 회절 성분(160)이 있을 것이다. S, P 편광에 대한 일반적인 정의를 사용할 때, S 편광을 갖는 빛은 입사평면에 대해 직교인 편광 벡터를 가지므로, 전도성 요소에 평행하다. 반대로, P 편광을 갖는 빛은 입사 평면에 평행인 편광 벡터를 가지므로 전도성 요소에 직교한다.
일반적으로 와이어 그리드 편광자는 그리드의 와이어에 평행한 전기장 벡터를 갖는 빛을 반사하고, 그리드의 와이어에 수직한 전기장 벡터를 갖는 빛을 투과시킬 것이지만, 입사평면은 전술된 바와 같이 그리드의 와이어에 수직할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 여기서 설명된 기하학적인 표시는 단순히 예시를 위한 것이다.
이상적인 시스템에서, 와이어 그리드 편광자는 하나의 빛 편광에 대해 S 편광 빛처럼 완벽한 거울로 기능할 것이고, P 편광 빛처럼 다른 편광에 대해 완벽하게 투명일 것이다. 그러나 실제로 거울로 사용되는 가장 반사성이 큰 금속도 소량의 입사광을 흡수하며 90% 내지 95%정도만을 반사할 뿐이다. 또한 평면 유리는 표면 반사 때문에 100% 모두 입사광을 투과시키지 못한다.
도 2는 45도의 입사각Θ을 갖는 종래 기술의 와이어 그리드 편광자의 연산된 비회절 혹은 영차 투과 및 반사를 도시한다. 이러한 데이터는 Grating Solver Development Company(P.O.Box 353, Allen, Texas)에서 나온 지솔버(Gsolver) 격자 분석 소프트웨어를 사용하여 연산된다. 이러한 소프트웨어는 엄격히 결합된 파동 분석 및 형태법(modal method)을 구현한다. 분석방법 및 결과는 "적외선 및 가시광선에 대한 엽편상 금속 투과 격자의 결합파동 분석(Journal of Optical Society of America, Vol.12 No.5, 페이지 1118-1127, 1995년 5월)이라는 논문에 나온 것과 비슷하다. 이 분석은 주기 p=0.2㎛를 갖는 알루미늄 그리드, 폭 w=0.1㎛를 갖는 전도체, 전도체 두께는 t=0.1㎛, 기질 굴절률 n=1.525를 갖는 것으로 가정한다. 방정식 1에서 예상된 바와 같이 두 개의 공명은 약 0.34㎛과 0.445㎛의 파장에서 발생한다. 이러한 공명은 P 편광에 대한 편광자 특성에만 중요한 영향을 끼친다.
S 방향으로 편광된 입사광의 경우, 종래 기술의 편광자 성능은 이상적인 성능에 가깝다. S 편광에 대한 반사효율은 0.4㎛에서 0.7㎛의 가시 스펙트럼에 대해 90% 이상이다. 이러한 파장 대역에 대해서 2.5% 이하의 S 편광된 빛은 투과되고, 나머지는 흡수된다. 약간의 투과된 성분을 빼면, S 편광에 대한 와이어 그리드 편광자의 특성은 연속적인 알루미늄 거울의 특성과 매우 비슷하다.
P 편광의 경우, 와이어 그리드의 투과 및 반사 효율은 약 0.5㎛ 이하의 파장의 공명 효과에 의해 영향을 받는다. 0.5㎛보다 긴 파장에서는 와이어 그리드 구조가 P 편광된 빛에 대해 손실형 절연층과 같은 역할을 한다. 이러한 층에서의 손실 및 표면으로부터의 반사는 P 편광된 빛의 투과율을 약 0.5㎛에서 0.7㎛의 파장 대역에 대해서 약 80% 정도로 제한한다.
도 3은 타마다(Tamada)의 미국 특허 제 5,748,368 호에 공지된 바와 같이 종래 기술의 다른 형식 와이어 그리드 편광자의 연산된 성능을 나타낸다. 이러한 경우, 굴절률 일치 유체나 접착제 중 하나가 두개의 기질 사이에 그리드 구조를 적층시키기 위해 사용되어, 그리드는 일정 굴절률의 매질로 둘러쌓인다. 본 예에서, n=1.525 및 그외 다른 그리드 매개변수들은 이전 예와 동일하다. 와이어 그리드 구조는 방정식(1)에서 예상된 바와 같이, 약 0.52㎛의 파장에서의 단일 공명을 나타낸다. P 편광에 대해 반사가 거의 0인 0.58에서 0.62㎛의 좁은 파장 영역이 있다는 점에 주목하여야 한다. 미국 특허 제 5,748,368 호는 높은 소광율을 갖는 협대역폭 와이어 그리드 편광자를 구현하기 위해 이 효과를 이용할 수 있는 와이어 그리드 편광자를 기재하고 있다. 타마다 특허 출원에 나타낸 예들은 550nm의 그리드 주기를 사용하였고, 그리드 두께, 전도체 폭 및 형상, 입사각에 따라 800 내지 950nm의 공명 파장을 발생시켰다. 타마다 특허는 편광 방향에 대한 특별한 정의를 채용한다(P 편광은 그리드 요소에 평행하게 정의되어 종래의 정의에 상관없이 입사평면에 직각이다). 타마다가 이용하는 공명 효과는 방정식(1)에 의해 예상된 위치의 공명과는 다르다. 두 개의 공명이 일치할 수 있지만 꼭 그래야 되는 것은 아니다. 타마다는 이러한 두 번째 공명을 이용한다. 또한, 박막 간섭 효과가 있다. 직교 편광 에 대해 반사율이 겨우 몇 %도 되지 않는 편광자의 대역폭은 통상적으로 중앙 파장의 5%정도이다. 이러한 형식의 협대역 편광자가 광학 메모리와 통신 시스템 등의 분야에 사용되고 있지만, 액정 디스플레이같은 많은 가시광선 시스템들은 400nm에서 700nm의 가시 스펙트럼 파장에 대해 균일한 특성을 갖는 편광 광학 요소를 요구하고 있다.
도 2에 도시된 데이터로 돌아가서, 광대역 편광에 대한 필수사항은 가장 긴 파장 공명 포인트가 사용을 위한 스펙트럼보다 짧은 파장으로 변환되거나 억제되어야 한다는 점이다. 방정식(2)에서, 가장 긴 파장 공명 포인트의 파장은 세 가지 방식으로 줄어들 수 있는 것을 볼 수 있다. 첫째로, 그리드 주기ε가 감소될 수 있다. 그러나 그리드 주기를 감소하는 것은 그리드 구조를 만드는데 대한 어려움을 가중시키는데, 특히, 반사된 편광의 적정 반사율을 보장하기 위해 그리드 요소의 두께가 유지되어야 하기 때문이다. 둘째로, 입사각이 거의 수직인 입사각으로 제한될 수 있다. 그러나, 입사각을 제한하는 것은 편광자 장치의 활용도를 현격히 떨어뜨릴 것이고, 45도를 중심으로 하는 광각 대역폭이 요망되는 투영 액정 표시장치 등의 장비에 사용될 수 없게 한다. 세 번째로, 기질의 굴절률이 낮아질 수 있다. 그러나, 편광자 장치의 대량 생산에 대한 비용효과만을 갖는 기질은 1737F 형식의 코닝(Corning) 혹은 AF45 형식의 스콧(Schott) 같은 몇가지 종류의 얇은 박판 유리인데, 가시 스펙트럼에 대해 약 1.5에서 1.53 사이에서 변하는 굴절률을 갖는다.
그러므로, 개선된 와이어 그리드 편광자가 필요한데, 특히 광대역폭 파장이 필요한 가시광선 시스템에 사용에 필요하다. 또한 약 45도의 입사각에 사용하기 위한 개선된 와이어 그리드 편광자가 필요하다. 특히, 가장 긴 파장 공명 포인트가 제거될 수 있거나 보다 짧은 파장으로 바뀔 수 있는 편광자 구조가 필요하다.
본 발명의 목적은 전체 가시 스펙트럼에 대해 높은 투과 및 반사효율을 제공할 수 있는 개선된 와이어 그리드 편광자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 넓은 범위의 입사각에 사용될 때 고효율을 제공할 수 있는 와이어 그리드 편광자 같은 것을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이 같은 편광자의 제작을 위한 처리과정을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 기질 위에 지지되는 평행한 전도성 요소의 그리드로 구성되는 편광자 장치에 있는데, 그리드 요소 및 기질 사이에 굴절률이 작고 정밀 제어된 두께를 가지는 영역이 배치된다.
본 발명의 한가지 국면에 따르면 낮은 굴절률 영역은 기질로부터 뻗은 리브(rib)로 구성된다. 리브는 자체 정렬 마스크처럼 그리드 요소를 사용하여 기질 안에 슬롯(slot)을 에칭하여 형성된다.
본 발명의 또 다른 국면에 따르면 낮은 굴절률 영역은 그리드 요소와 기질 사이에 삽입된 낮은 굴절률을 갖는 하나 이상의 절연체 필름으로 구성된다.
본 발명의 또 다른 국면에 따르면 그리드 요소는 리브에 의해 지지되는데, 리브는 그리드 요소 및 기질 사이에 삽입된 하나 이상의 절연체 필름을 통해 혹은 그 안으로 에칭하여 형성된다.
본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 편광자 장치를 제조하기 위한 프로세스가 제공된다.
본 발명의 그외 다른 목적, 특징 및 이점은 아래 기재내용을 첨부된 도면과 함께 살펴볼 때 당해업자들에게 충분히 명확해질 것이다.
도 1은 종래 기술의 와이어 그리드 편광자의 사시도;
도 2는 종래 기술의 와이어 그리드 편광자의 파장 및 투과율, 반사율 사이의 관계를 도시한 그래프;
도 3은 종래 기술의 와이어 그리드 편광자의 파장, 투과율 및 반사율의 관계를 도시한 그래프.
도 4는 본 발명의 와이어 그리드 편광자에 대한 선호되는 실시예의 횡단면도;
도 4a는 본 발명의 와이어 그리드 편광자에 대한 선택적인 실시예의 부분 횡단면도;
도 4b는 본 발명의 와이어 그리드 편광자에 대한 선택적인 실시예의 부분 횡단면도;
도 4c는 본 발명의 와이어 그리드 편광자에 대한 선택적인 실시예의 부분 횡단면도;
도 5는 본 발명의 와이어 그리드 편광자에 대한 선호되는 실시예에서, P 편 광에 대한 파장, 투과율 및 반사율 사이의 관계를 나타내는 그래프;
도 6은 본 발명의 와이어 그리드 편광자에 대한 선택적인 실시예에서, P 편광에 대한 파장, 투과율 및 반사율 사이의 관계를 나타내는 그래프;
도 7은 본 발명의 와이어 그리드 편광자의 선택적인 실시예의 횡단 도식도;
도 8은 본 발명의 외이어 그리드 편광자의 선택적인 실시예에서, P 편광에 대한 파장, 투과율 및 반사율 사이의 관계를 나타내는 그래프;
도 9는 본 발명의 와이어 그리드 편광자의 또 다른 실시예를 나타내는 횡단 도식도;
도 10은 본 발명의 와이어 그리드 편광자의 다른 실시예에서, P 편광에 대한 파장, 투과율 및 반사율 사이의 관계를 나타내는 그래프;
도 11은 본 발명의 와이어 그리드 편광자를 만드는 선호되는 방법의 처리 단계를 나타내는 횡단 도식도;
도 12는 본 발명의 와이어 그리드 편광자를 만다는 선택적인 방법의 처리 단계의 횡단 도식도;
* 부호 설명
400...편광자 410...투명기질
420...전도성 요소 414...첫번째 표면
430...리브 434...영역
도면을 참고로 본 발명의 다양한 요소는 번호가 매겨질 것이며 당해업자들이 본 발명을 이용해 만들도록 설명될 것이다.
본 발명은 낮은 굴절률 및 제어 두께를 갖는 영역에 의해 지지 기질로부터 분리된 평행한 전도성 요소들의 어레이로 구성된 광대역폭 와이어 그리드 편광자에 관한 것이다. 기질로부터 와이어 그리드를 분리하는 낮은 굴절률 영역은 편광장치에서 두 가지 목적을 위한 역할을 한다. 첫째로, 낮은 굴절률은 가장 긴 파장 공명 포인트를 더 짧은 파장으로 변형시킨다. 두 번째, 낮은 굴절률 영역은 편광자로부터 반사된 P 편광의 성분을 줄일 수 있도록 설계된 제어 두께를 갖는 하나 이상의 층처럼 구현될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 와이어 그리드 편광자의 선호되는 실시예를 도시하며 도면부호 400으로 표시된다. 편광자(400)는 투명 기질(410)에 의해 지지되는 복수개의 평행하고 연장된 전도성 요소(420)로 구성된다. 기질(410)은 첫번째 표면(414) 및 굴절률 nS 을 갖는다. 전술된 바와 같이 기질은 유리가 될 수 있고 약 1.5의 굴절률 nS를 가질 수가 있다.
요소들의 크기 및 요소들 배열의 크기는 사용되는 파장에 의해 결정되며, 가시광선의 전체 스펙트럼에 맞춰진다. 요소(420)는 상대적으로 길고 얇다. 선호적으로 각 요소(420)는 가시광선의 파장보다 일반적으로 긴 길이를 갖는다. 그러므로, 요소(420)는 적어도 약 0.7㎛(마이크로미터 혹은 마이크론)의 길이를 갖는다. 그러나 통상적인 길이는 더 길 수 있다.
또한 요소(420)는 평행한 배열로 배치되며, 이 요소들의 피치 P(주기나 간격이라고도 함)는 빛의 파장보다 짧다. 그러므로 피치는 0.4㎛(마이크로미터 혹은 마이크론)이하가 될 것이다. 전술된 바와 같이, 정해진 입사각에서 공명을 일으키는 가장 긴 파장을 줄이는 한가지 방법은 주기를 감소시키는 것이다. 그러나 주기를 감소시키는 것은 제작의 어려움을 가져온다. 그러므로 피치 P는 선호적으로 약 빛 파장의 1/2 혹은 0.2㎛이 될 것이다. 또한, 긴 주기(빛 파장의 두배 혹은 1.4㎛보다 큼)를 갖는 그리드는 회절격자 역할을 하고, 짧은 주기(빛의 1/2 파장이나 0.2㎛ 이하)를 갖는 그리드는 편광자로 기능한다. 전이 영역의 주기(약 0.2에서 1.4㎛ 사이)를 가진 그리드는 회절격자 역할을 하며, 공명으로 불리는 변이(anomaly) 혹은 갑작스런 변화로 나타난다. 상기 언급된 바와 같이, 가시 스펙트럼 내에서 공명에 의해 특징지어지는 종래 기술의 장치는 가시 스펙트럼 내의 다양한 파장에서 발생하는 변이에 의해 좁은 작동 범위를 갖는다. 이러한 전이 영역은 와이어 그리드의 작동을 이해하는데 중요한 개념이다. 본 발명의 광대역폭 편광자는 사용될 스펙트럼에 대한 광대역폭 성능을 얻기 위해 전이 영역 밖에 있도록 설계되어야 할 필요가 있다. 그러므로, 전이 영역의 범위는 본 발명의 와이어 그리드 주기에 대한 상단 한계를 정하는데 유용하다.
설명된 바와 같이, 방정식(1)에 주어진 각도 의존성은 입사각이 커짐에 따라 전이 영역을 긴 파장으로 이동시킨다. 이러한 이동은 피치를 감소시킴으로써 증가될 수 있다. 굴절률 1을 갖는 기질의 법선 입사에서 전이 영역은 약
Figure 112006088169585-pct00003
으로 주어진다. 굴절률 nS를 갖는 기질과 법선에 대해 상대적인 각도θ로 입사하는 광의 경우, 주기의 하부 한계는 방정식(1)에서 도출된 요소에 의해 감소될 필요가 있다.
Figure 112006088169585-pct00004
(방정식 3)
75°의 각도 및 1.7의 굴절률을 갖는 매우 높은 굴절률을 갖는 유리에 대해서, 방정식(3)은
Figure 112006088169585-pct00005
가 된다. 가시 스펙트럼에 대한 임의의 통상적인 기질 재료 및 입사각에 대해서 유효 전이 영역은 약
Figure 112006088169585-pct00006
로 범위가 정해진다.
또한 각 요소(420)는 피치 P에 대해 약 10%에서 90%의 범위가 될 수 있는 폭 W를 갖는다. 요소(420)는 또한 약 200Å 혹은 20nm보다 클 수 있고 제작시 실제적인 제한으로 인해 약 300nm보다 작을 것이다. 또한 요소(420)는 선호적으로 규칙적으로 혹은 동일하게 이격된다.
요소의 폭 W는 특정한 적용에 대해 편광자의 성능을 최적화하도록 선택될 수가 있다. 피치에 대한 요소의 폭을 증가시킴으로서, 평행 편광에 대한 반사율이 거의 100%로 증가하며, 직교 편광에 대한 반사율은 0%의 이상적인 값 이상으로 증가시킨다. 그러므로, 피치에 대한 요소 폭의 높은 비율은 투과된 빛에 대해 높은 소광 비율을 제공할 것이다(평행 편광이 투과되지 않기 때문임). 그러나, 반드시 높은 효율이 되는 것은 아니다(왜냐하면 직교 편광 중 일부가 반사될 것이기 때문임). 반대로, 피치에 대한 폭의 낮은 비율은 반사된 광선에 대해서 높은 소광 비율을 제공할 것이지만 고효율이 필수적인 것은 아니다. 평행 광선에 대한 반사율 및 직교 광선에 대한 투과율의 절충에 의해 규정되는 바와 같이 전체 고효율은 피치에 대한 요소의 폭 비율이 40%에서 60%일 때 얻어질 수 있다.
요소(420)의 배열은 축척을 따라 그려진 것이 아니며 이해를 돕기 위해 매우 과장되게 그려졌다. 사실 요소의 배열은 육안으로 관찰될 수 없으며, 매우 높은 배율로 확대하지 않을 경우엔 부분적으로 반사된 표면으로 나타난다. 요소(420)는 금속 같은 광 스펙트럼 거울의 형태로 될 수 있는 재료로 형성된다. 선호적으로 요소의 재료는 가시광선을 이용할 시 은 혹은 알루미늄이다.
선호되는 실시예에서 전도성 요소(420)는 기질(410) 혹은 첫번째 기질(414)로부터 뻗은 리브(430)에 지지된다. 리브(430)는 기질(410)과 동일한 물질일 수 있으며 기질과 일체형으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 리브(430)는 하기 설명될 요소(420)를 마스크로 이용하여 요소들(420) 사이에 노출된 기질(410)의 영역을 에칭하여 형성된다.
리브(430)는 높이 혹은 두께 hR를 가지며, 요소(420)와 기질(410) 사이에, 또는, 요소(420)와, 요소(420)를 기질로부터 분리시키는 표면(414) 사이에 배열되는 영역(434)을 구획한다. 리브(430)에 의해 만들어진 영역(434)은 기질의 굴절률 nS보다 매우 작은 평균 굴절률 nR을 갖는다. 다시 말해서, 리브(434) 및 기질(410)은 nR < nS의 조건을 만족한다. 예를 들어, 리브(430)는 유리가 될 수 있는데 1.525의 굴절률 nS를 갖는다. 동일한 폭의 리브 및 요홈에 대한 유효 매질 굴절률에 대해 브러그맨 방법(Bruggeman's method, Ann. Phy(Leip.), Vol.24, 페이지 636(1935))을 사용하면, nR은 약 1.41의 값을 갖는다.
영역(434)은 tR로 표시되는 두께를 갖는데, 이 두께는 선호되는 실시예에서 리브(430)의 높이 hR에 의해 정의된다. 요소(420)는 기질(410)로부터 분리되거나 영역의 두께 tR에 동일한 거리에 있는 표면(414)으로부터 분리된다. 리브(430)의 높이 hR 혹은 영역(434)의 두께 tR은 편광자(400)의 성능을 조절하기 위해 변경될 수 있다. 요소(420)를 기질(410) 혹은 표면(414)으로부터 분리하는 것과 기질(410)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 영역(434)을 삽입하는 것은 짧은 파장에서 편광자(410)의 P 편광 투과 효율을 증가시키고, 편광자(410)가 유용한 최소 파장을 낮추며, 또는 가장 높은 공명 포인트를 짧은 파장으로 이동시킨다. 이에 관해 아래에서 자세히 설명될 것이다.
또한 리브(430)는 직사각형 혹은 사각형(440) 형태의 단면을 가질 수도 있고, 사다리꼴(444) 형태의 단면을 가질 수도 있다. 사다리꼴 리브(444)는 리브(444) 사이에 부분적으로 V 형상의 요홈(448)을 형성할 수 있다. 리브(430)의 형상은 또한 편광자(410)의 효율에 영향을 주는데, 하기 자세히 설명될 것이다. 또한 도 4c에 도시된 바와 같이 요소(460)가 리브(462)보다 넓을 수도 있고, 기질(468)의 요홈(464)이 요소(460) 사이의 요홈(470)보다 넓을 수도 있다. 선택적으로 도 4a에 도시된 바와 같이, 요소(480)가 리브(482)보다 더 좁을 수도 있고, 기질(486)의 요홈(484)이 요소(480) 사이의 공간(488)보다 좁을 수도 있다.
도 5는 종래 기술에서 0.005, 0.01, 0.04, 0.1㎛인 영역 두께 tR, 혹은 네 개의 다른 리브 높이 hR에 대해 도 4의 편광장치의 P 편광 투과 효율 및 입사광선의 파장 사이의 연산 관계를 나타낸다. 분석의 가정은 이전의 예와 비슷하다: 격자 피치 혹은 주기 p=0.2㎛, 전도체 폭 w=0.1㎛, 전도체 두께 t=0.1㎛, 입사각=45° 기질 굴절률=1.525이다. 선택된 기질 굴절률은 1737 형식 Corning 및 AF45 형식의 Schott을 포함하는 적당한 가격의 박판 유리 재료의 값을 나타낸다. 이러한 분석은 직사각 횡단면의 리브가 전도성 요소 사이의 기질에 이방성 에칭을 하여 형성되는 것을 가정한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 0.005와 0.10㎛ 사이의 리브 높이 hR 혹은 영역 두께 tR 는 이러한 장치에 유용한 최소 파장을 낮춘다. 0.04 마이크론 높이를 갖는 리브가 존재하면 전체 가시 스펙트럼에 대한 편광장치의 투과효율을 개선시킨다.
도 5는 중요한 사실을 나타내는데, 0.005㎛에서 최고 0.1㎛로부터 묘사된 각각의 에칭 깊이는 종래 기술에 대한 본 발명의 성능을 개선시킨다. 0.005㎛만큼 작은 요홈의 깊이가 몰딩된 특정한 와이어 그리드 편광자 구조에 대해 파란색의 짧은 파장에서의 성능에 얼마나 중요한 영향을 주는지 주목할 만 하다. 이 결과는 짧은 주기에서 효과가 좀더 뚜렷해지는 초기 실험뿐만 아니라 많은 비슷한 연산에서도 관찰되었다. 1nm에서 2nm만큼 작은 높이를 갖는 리브조차 몇가지 특정한 와이어 그리드 편광자 구조에 대해 중요하다.
리브의 정확한 형상은 편광자의 성능에 부가적인 영향을 갖는다. 도 5는 편광자에 대해 파장 및 P 편광 투과 효율 사이의 연산관계를 나타내는데, 전도성 요소는 기질에 에칭된 V 형상의 요홈에 의해 분리된 사다리꼴 리브에 지지된다. 사다리꼴 리브의 효과 역시 비슷하지만, 전술된 직사각 리브의 것만큼 이점이 있지는 않는다.
도 7은 본 발명의 선택적인 실시예에 대한 횡단 다이어그램을 나타낸다. 편광자(700)은 투명 기질(710)에 의해 지지되는 복수개의 평행, 연장 전도성 요소(720)들로 구성된다. 절연 재료로 된 하나 이상의 층 혹은 필름(740)이 전도성 요소(720)와 기질(710)에 삽입된다. 층 혹은 필름(740)은 두께 tF, 굴절률 nF를 갖으며, 영역 두께 tR을 갖는 영역(734)을 정의한다. 공명 포인트를 짧은 파장으로 변형시키는 요망 효과를 얻기 위해서, 절연 층(740) 중 적어도 하나는 기질(710)의 굴절률 nS보다 작은 굴절률 nF를 가져야 한다. 즉, 조건 nF<nS를 만족시켜야 한다.
도 8은 종래의 기술에 비해, 0.04, 0.1, 0.22㎛인 세가지 두께 tF를 갖는 마그네슘 플루오르화물(MgF2)(n=1.38)의 단일층이 기질과 전도성 요소 사이에 삽입될 때, 와이어 그리드 편광자에 대한 P 편광 투과 효율 및 파장 사이의 연산관계를 나타낸다. 이러한 분석의 그외 다른 가정은 이전의 예와 동일하다. MgF2의 두께를 0에서 0.22㎛로 증가시키는 것은 가장 긴 파장 공명 포인트를 0.445에서 0.41㎛로 변형시키므로, 편광장치의 유용한 대역폭을 증가시킨다. 0.22 마이크론 필름이 존재하면 전체 가시 스펙트럼에 대한 편광자 투과율이 개선된다.
오톤(Auton, Applied Optics, Volume 6 no.6, 1967년 6월, 페이지 1023-7)은 와이어 그리드와 지지 기질 사이의 "블루밍 레이어(blooming layer)"라고 하는 단일 층 반사방지 코팅 사용에 관해 공지하였다. 단순한 임피던스-매칭(impedance matching) 공식 및 박판 금속 스트립을 완벽하게 전도하는 것을 기초로 하는 그의 분석에서, 이 층은 기질의 굴절률의 제곱근에 해당하는 굴절률과, 파장의 1/4에 해당하는 광학 두께를 가져야 한다. 오톤은 이러한 방법으로 제조된 와이어 그리드의 성능은 "단일 파장만이 요구되는 레이저 장비"에 대해 지지되지 않는 그리드의 성능과 동일하다는 결론을 내렸다. 오톤은 그리드 간격이 파장보다 훨씬 짧다는 가정때문에 공명 효과를 무시하였으며, 이러한 공명 효과에 대해서 알지도 못하고 있었다. 또한, 블루밍 레이어에 대한 조건은 방정식(1)에 의해 예상된 바와 같이 공명을 억제하거나 이동시키기 위해 필요한 조건과는 다르다. 오톤에 의해 제시된 임피던스-매칭 블루밍 레이어는 좁은 범위의 매개변수에 대해 효율적이지만 본 발명의 실시예는 넓은 범위의 매개변수에 대해 효율적일 것이다. 그러므로 오톤은 본 발명의 두 번째 실시예를 제시하지 못했다.
도 9는 편광 장치(900)가, 리브(940)에 의해 지지되는 전도성 요소(920)로 구성된 본 발명의 또 다른 실시예의 횡단면도이다. 리브(940)는 하나 이상의 절연 층(944)에 에칭하여 형성될 수 있고 전도성 요소(920) 사이에 노출된 기질(910)까지 에칭하여 형성될 수도 있다. 그러므로 리브(940)는 하나 이상의 필름 층(944)에 의해 형성될 수도 있고, 그 일부분에 의해 형성될 수도 있다(도면부호 950, 960으로 표시됨). 또한 리브(940)는 다중 필름 층(944)에 의해 형성될 수 있다. 필름 층(944)은 단일 재료의 필요한 높이 혹은 두께를 달성하는 동일한 재료의 다중 층이 될 수 있다. 필름 층(944)은 또한 다른 효과 혹은 성능 특성을 이루기 위해 다양한 다른 재료가 될 수 있다.
또한 리브(940)는 여러 다른 물질들의 층(970)으로 형성될 수 있다. 층(970)들 중 하나는 기질(910)과 동일한 재료가 될 수 있고, 기질(910)과 일체형으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 층(970)들 중 하나는 도 4에 도시된 리브(430)와 비슷할 수 있고, 전체 리브(940)의 영역을 형성하는 부분 기질 리브(948)를 정의한다. 그러므로, 리브(940)는 필름 층(944)에 의해, 그리고 기질(910)에 형성된 기질 리브(948)에 의해 형성될 수 있고, 이때, 필름층(944)이 기질 리브(948)에 증착된다. 상기 표시된 바와 같이, 리브(940)는 요소(920)들 사이에서 층(944)과 기질(910)에 에칭하여 형성된다.
필름층(944)에 형성될 수 있는 리브(940)에 의해, 필름층(944)에 의해, 또는, 필름 층(944) 및 기질 리브(948)에 의해 영역(934)이 형성될 수 있다. 이러한 구성은 낮은 굴절률 층의 효과 및 리브된 기질의 효과를 결합할 수 있는 잠재력을 갖는다. 리브(940)의 전체 높이 hR는 (950)에 나타낸 바와 같이 절연 층(944) 두께 tF의 일부분일 수도 있고, (960)에 나타낸 것 같이 절연 층(944) 두께 tF와 동일할 수도 있고, (970)에 나타난 것 같이 절연 층(944) 두께 tF를 넘을 수도 있다. 그러므로 (970)에 나타난 바와 같이, 영역 두께 tR과 전체 리브(940)의 높이 hR은 층(944) 두께 tF 및 기질 리브(948) 높이 hS에 의해 형성된다. 기질 리브(948)는 기질 리브(948) 및 필름 층(944)에 의해 형성된 조합 리브(940) 구조가 되며, 각각의 기질 리브(948)에는 복수개의 필름 층(944)이 형성된다.
도 10은 편광 장치에 대한 파장과 P-편광 투과율 사이의 관계를 도시하는데, 이 편광장치는 기질과 전도성 요소 사이에 MgF2 단일 층을 가지며, 기질 리브 높이 hS 및 MgF2 필름 두께 tF에 관한 세가지 종류의 조합으로 만들어진다. 두가지 경우엔 기질 리브 높이 hS 및 MgF2 필름 두께 tF가 동일하다. 첫 번째의 경우, 기질 리브 높이 hS 및 필름 두께 tF는 0.08㎛의 영역 두께 tR 및 리브 높이 hR에 대해 0.04㎛로 동일하다. 두 번째의 경우, 기질 리브 높이 hS 및 필름 두께 tF는 0.2㎛의 리브 높이 hR 및 영역 두께 tR에 대해 0.1㎛으로 동일하다. 세 번째의 경우, 0.26㎛의 영역 두께 tR에 대해 MgF2 필름 두께 tF는 0.22㎛이고 기질 리브 높이 hS는 0.04㎛이다. 종래의 편광자에 비교해 볼 때, 세 번째 조합은 50% 투과율 지점을 0.46㎛에서 약 0.41㎛로 변형시키며, 가시 스펙트럼에 대해 평균 편광자 투과율을 약 6%정도 증가시킨다.
도 11은 도 4에 도시된 바와 같이 편광 장치를 제조하는 과정을 도시한다. 첫 번째 단계는 기질(1110) 위에 평행 전도성 요소(1120)들의 어레이를 형성하는 것이다. 이러한 요소(1120)의 형성은 몇가지 종래의 과정으로 이루어질 수 있다. 예를 들어,가빈(Garvin)의 미국 특허 제 4,049,944 호와, 페란트(Ferrante)의 미국 특허 제 4,514,479 호에서는 홀로그래픽 간섭 리소리그래피를 이용하여 포토레지스트에 정밀 격자 구조를 형성하고, 이온 빔 메칭을 실시하여 이 정밀 격자 구조를 기초 금속 필름에 전이하는 방법을 제시하고 있다. 스텐캄프(Stenkamp, "가시 스펙트럼 영역에 대한 그리드 편광자", Proceedings of the SPIE, vol.2213, 페이지 288-296))는 직접 전자-광선(e-beam) 리소그래피를 이용하여 레지스트 패턴을 생성하고, 이어서, 반응성 이온 에칭을 통해 이 패턴을 금속 필름에 전이하는 기술을 제시하고 있다. 극자외선 리소그래피 및 X-레이 리소그래피를 포함한 그외 다른 고해상도 리소그래피 기술이 레지스트 패턴을 만들기 위해 사용될 수 있다. 다른 에칭 메카니즘 및 리프트-오프(lift-off) 처리를 포함한 그외 다른 기술들이 레지스트로부터 금속 필름까지 패턴을 전이하는 데 사용될 수 있다. 팽행 전도성 요소 어레이를 형성하기 위해 사용된 정확한 프로세스는 본 발명에서 중요하지 않다.
평행 전도성 요소(1120)가 형성된 후인 두 번째 단계는 전도성 요소(1120)를 마스크처럼 이용하여 기질(1110)을 에칭하고, 이어서, 전도체(1120)를 지지하는 리브(1130)을 만드는 것이다. 적합한 화학물의 반응 이온 에칭 혹은 이온 광선 에칭이 사용되어 기질(1110)의 재료에 따라 기질(1110)에 요홈을 에칭할 수 있다.
도 12는 도 7 및 도 9에 도시된 편광장치를 제조하기 위한 처리과정을 도시한다. 첫 번째 단계는 하나의 투명 기질(1210)의 표면 위에 여러개의 투명 절연필름 층(1230)을 적층시키는 것이다. 두 번째 단계는 전술된 바와 같이 평행 전도성 요소(1220)의 어레이를 형성하는 것이다. 세 번째 단계는 전도성 요소(1220)를 마스크로 이용하여 기초 층(1230)을 에칭하여 전도성 요소를 지지할 리브(1240)를 형성하는 것이다. 에칭의 깊이는 얇은 절연 필름 층(1230) 두께로 제한될 수 있고, 절연 필름 층(1230)을 통해 연장될 수 있거나 혹은 절연 필름 층(1230)을 통해 기질(1210) 안으로 뻗을 수도 있다.
본 발명의 선호되는 실시예에 따르면, 요소의 주기는 가시광선 파장의 1/2 내지 2배에 해당한다. 또한가지 실시예에서는 요소의 주기가 가시광선 파장의 0.19 내지 0.5에 해당한다.
본 발명의 선호 실시예에 따르면, 요소의 주기는 0.076 내지 1.4㎛에 해당하며, 0.076 내지 0.2㎛이 더욱 선호된다.
본 발명의 선호 실시예에 따르면, 영역의 두께가 0.001 내지 0.3㎛에 해당한다.
본 발명의 선호 실시예에 따르면, 요소의 두께는 0.04 내지 0.3㎛에 해당한다. 요소의 재료로는 알루미늄이나 은이 선호된다.
본 발명의 선호 실시예에 따르면, 마그네슘플루오르화물과 같은 리브를 구성하는 한개 이상의 물질층의 두께는 0.04 내지 0.22 미크론에 해당한다.
본 발명의 선호 실시예에 따르면, 영역을 구성하는 절연 물질층의 두께는 0.001 내지 0.3 미크론에 해당한다.
본 발명의 전술된 실시예는 설명을 위한 것이며, 당해업자에 의해 변형이 가능하다. 예를 들어, 본 발명에서 입사각이 45도인 것으로 예를 들었지만, 편광장치의 물리적 매개변수를 적합하게 조절하여 다른 입사각으로 동일하게 적용될 수가 있다. 또한 본 발명의 주요 이점이 편광장치의 유용한 대역폭을 가시 스펙트럼의 짧은 파장 범위로 확장시키는 것이지만, 적외선처럼 스펙트럼의 다른 영역에서 사용되는 편광장치의 투과율을 개선시키기 위해 사용될 수도 있다. 본 발명에 따라 당해업자들에 의해 다양한 설계와 변형이 이루어질 수 있다. 또한 본 발명의 전술된 실시예에만 국한되지는 않지만, 청구항에 의해 형성되는 부분에는 제한된다.

Claims (96)

  1. 가시 스펙트럼에 대한 광대역 와이어 그리드 편광자에 있어서, 상기 편광자는;
    - 첫 번째 표면 및 굴절률을 갖는 기질,
    - 기질의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는, 기질의 첫 번째 표면 위의 영역,
    - 영역에 배열된 길고 평행한 어레이
    를 포함하며, 여기서 어레이는 가시 스펙트럼 내에서 기질과 조합하여 공명 효과를 만드는 크기를 갖는 요소 및 구성으로 되어 있으며, 기질 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 영역은 공명효과의 발생을 낮은 파장으로 전이시키도록 하며, 그로인해 공명 효과가 발생하지 않는 가시 스펙트럼의 대역으로 넓히는 것을 특징으로 하는 편광자.
  2. 제 1 항에 있어서, 요소는 가시광선의 1/2 파장과 두배의 파장 사이의 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 편광자.
  3. 제 1 항에 있어서, 요소는 0.076에서 1.4㎛ 사이의 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 편광자.
  4. 제 1 항에 있어서, 영역이 0.001에서 0.3㎛ 사이의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 편광자.
  5. 제 1 항에 있어서, 요소는 0.04에서 0.3㎛ 사이의 두께를 갖고, 알루미늄이 나 은으로 된 것을 특징으로 하는 편광자.
  6. 제 1 항에 있어서, 영역은 기질로부터 뻗은 복수개의 리브(ribs)로 구성되는 것을 특징으로 하는 편광자.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 리브는 기질과 통합되어 있고, 기질과 같은 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 편광자.
  8. 제 6 항에 있어서, 각 리브는 기질의 재료와 다른 한개 이상의 물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 한개 이상의 물질층이 마그네슘 플루오르화물인 것을 특징으로 하는 편광자.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 한개 이상의 물질층은 0.04에서 0.22㎛ 사이의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 편광자.
  11. 제 6 항에 있어서, 리브는 직사각형의 횡단면인 것을 특징으로 하는 편광자.
  12. 제 6 항에 있어서, 리브는 사다리꼴 횡단면인 것을 특징으로 하는 편광자.
  13. 제 1 항에 있어서, 영역은 절연 물질 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자.
  14. 제 13 항에 있어서, 절연 물질 층은 마그네슘 플루오르화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자.
  15. 제 13 항에 있어서, 절연 물질 층은 0.001에서 0.3㎛ 사이의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 편광자.
  16. 제 1 항에 있어서, 영역은 기질 재료와 다른 재료로 된 한개 이상의 물질층과, 상기 한개 이상의 물질층으로부터 뻗어가면서 그 층에 형성된 복수개의 리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자.
  17. 제 1 항에 있어서, 영역은 기질에 형성되어 기질로부터 뻗어가는 복수개의 리브로 구성되고, 각각의 리브에는 리브의 재료와는 다른 한개 이상의 물질층이 형성되는 것을 특징으로 하는 편광자.
  18. 제 1 항에 있어서, 기질은 유리이고 영역은 마그네슘 플루오루화물로 구성되는 것을 특징으로 하는 편광자.
  19. 제 1 항에 있어서, 기질은 1.5의 굴절률을 갖고, 영역은 1.4의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 편광자.
  20. 가시 스펙트럼에 대한 광대역 와이어 그리드 편광자에 있어서, 상기 편광자는;
    - 첫 번째 표면 및 굴절률을 갖는 투명 기질,
    - 기질에 의해 지지되는 평행하고 길게 연장된 요소의 어레이,
    - 기질의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖고 0.001에서 0.3㎛ 사이의 두께를 갖는, 기질 및 요소 사이에 배열된 영역
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자.
  21. 제 20 항에 있어서, 요소의 어레이는 가시 스펙트럼 내 빛의 전자기장과 상호작용하여 대부분의 첫 번째 편광 빛을 반사시키고 대부분의 두 번째 편광 빛을 투과시키기도록 구성되고,
    어레이는 두 번째 편광 대부분을 투과시키기보다 반사시키도록 가시 스펙트럼 내에서 공명효과를 만드는 크기를 갖는 요소 및 구성을 갖으며,
    기질 굴절률보다 적은 굴절률을 갖는 영역은 통상적으로 발생하는 공명 효과를 낮은 파장으로 전이시키도록 하여서, 공명 효과가 발생하지 않는 가시 파장의 대역을 넓히는 것을 특징으로 하는 편광자.
  22. 제 20 항에 있어서, 요소는 0.076에서 0.2㎛ 사이의 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 편광자.
  23. 제 20 항에 있어서, 요소는 0.04에서 0.3㎛ 사이의 두께를 갖고, 알루미늄이나 은으로 된 것을 특징으로 하는 편광자.
  24. 제 20 항에 있어서, 영역은 기질로부터 뻗은 복수개의 리브로 구성되는 것을 특징으로 하는 편광자.
  25. 제 24 항에 있어서, 리브는 기질과 통합되고, 기질과 동일한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 편광자.
  26. 제 24 항에 있어서, 각 리브는 기질의 재료와 다른 재료로 된 한개 이상의 물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 한개 이상의 물질층은 마그네슘 플루오루화물인 것을 특징으로 하는 편광자.
  28. 제 24 항에 있어서, 리브는 직사각형 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 편광자.
  29. 제 26 항에 있어서, 리브는 사다리꼴 형상의 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 편광자.
  30. 제 20 항에 있어서, 영역은 절연 물질 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자.
  31. 제 30 항에 있어서, 절연 물질 필름은 마그네슘 플루오루화물인 것을 특징으로 하는 편광자.
  32. 제 20 항에 있어서, 영역은 기질의 재료와 다른 재료로 된 한개 이상의 물질층과, 상기 한개 이상의 물질층으로부터 뻗고 그 층에 형성된 복수개의 리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자.
  33. 제 20 항에 있어서, 영역은 기질로부터 뻗어있고 그 기질에 형성된 복수개의 리브를 포함하며, 복수개의 리브 각각에는 리브의 재료와는 다른 재료로 된 한개 이상의 물질층이 배열되는 것을 특징으로 하는 편광자.
  34. 제 20 항에 있어서, 상기 기질은 유리이고 상기 영역은 마그네슘 플루오르화물로 구성되는 것을 특징으로 하는 편광자.
  35. 제 20 항에 있어서, 기질은 1.5의 굴절률을 갖으며, 영역은 1.4의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 편광자.
  36. 광대역폭 가시광선을 편광시키기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는
    - 가시 스펙트럼 내에서 적어도 하나의 파장을 갖는 광선을 만들어내는 광원,
    - 첫 번째 표면 및 굴절률을 갖는 광선에 배열된 투명 기질,
    - 기질의 첫 번째 표면에 결합된 평행하고 길게 뻗은 어레이,
    - 기질의 첫 번째 표면과 요소 사이에 배열된 영역으로서, 기질의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 상기 영역
    을 포함하며,
    여기서 요소의 어레이는 가시 스펙트럼 내 빛의 전자기장과 상호작용하여 대부분의 첫 번째 편광 빛을 반사시키고 대부분의 두 번째 편광 빛을 투과시키도록 구성되고,
    어레이는 두 번째 편광 대부분을 투과시키기보다 반사시키도록 가시 스펙트럼 내에서 공명효과를 만드는 크기를 갖는 요소 및 구성을 갖으며,
    기질 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 영역은 통상적으로 발생하는 공명 효과를 낮은 파장으로 전이시키도록 하여서, 공명 효과가 발생하지 않는 가시 파장의 대역을 넓히는 것을 특징으로 하는 광대역폭 가시광선 편광 장치.
  37. 제 36 항에 있어서, 요소는 가시광선 파장의 1/2인 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 광대역폭 가시광선 편광 장치.
  38. 제 36 항에 있어서, 요소는 0.19λ 내지 0.5λ 의 주기를 가지며, 이때, λ는 가시광선의 파장인 것을 특징으로 하는 광대역폭 가시광선 편광 장치.
  39. 제 36 항에 있어서, 영역은 0.001에서 0.3㎛ 사이의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 광대역폭 가시광선 편광 장치.
  40. 제 36 항에 있어서, 요소는 0.04 내지 0.3㎛ 사이의 두께를 갖고 알루미늄 혹은 은인 것을 특징으로 하는 광대역폭 가시광선 편광 장치.
  41. 제 36 항에 있어서, 영역은 기질로부터 뻗은 복수개의 리브로 구성되는 것을 특징으로 하는 광대역폭 가시광선 편광 장치.
  42. 제 41 항에 있어서, 리브는 기질과 통합되고, 기질과 동일한 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 광대역폭 가시광선 편광 장치.
  43. 제 41 항에 있어서, 각 리브는 기질과는 다른 재료로 된 한개 이상의 물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역폭 가시광선 편광 장치.
  44. 제 43 항에 있어서, 상기 한개 이상의 물질층은 마그네슘 플루오르화물인 것을 특징으로 하는 광대역폭 가시광선 편광 장치.
  45. 제 41 항에 있어서, 리브는 직사각형 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 광대역폭 가시광선 편광 장치.
  46. 제 41 항에 있어서, 리브는 사다리꼴 형상 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 광대역폭 가시광선 편광 장치.
  47. 제 36 항에 있어서, 영역은 절연 재료 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역폭 가시광선 편광 장치.
  48. 제 47 항에 있어서, 절연 재료 필름은 마그네슘 플루오루화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역폭 가시광선 편광 장치.
  49. 제 36 항에 있어서, 영역은 기질의 재료와는 다른 재료로 된 한개 이상의 물질층과, 상기 한개 이상의 물질층으로부터 뻗어있고 그 층에 형성된 복수개의 리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역폭 가시광선 편광 장치.
  50. 제 36 항에 있어서, 영역은 기질로부터 뻗었고 그 기질에 형성된 복수개의 리브를 포함하고, 각 복수개의 리브에는 리브의 재료와는 다른 재료로 된 한개 이상의 물질층이 배열되는 것을 특징으로 하는 광대역폭 가시광선 편광 장치.
  51. 제 36 항에 있어서, 기질은 유리이고, 영역은 마그네슘 플루오르화물인 것을 특징으로 하는 광대역폭 가시광선 편광 장치.
  52. 제 36 항에 있어서, 기질은 1.5의 굴절률을 갖고, 영역은 1.4의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 광대역폭 가시광선 편광 장치.
  53. 광대역 와이어 그리드 편광자에 있어서, 상기 편광자는;
    - 첫 번째 표면과 굴절률을 갖는 투명 기질,
    - 기질의 첫 번째 표면에 의해 지지되는 평행하고 길게 뻗은 요소의 어레이
    - 기질의 첫번째 표면과 요소 사이에 배열되는 영역
    을 포함하며,
    여기서 어레이는
    Figure 112006088169585-pct00007
    의 조건을 만족시키는데, 여기서 p는 요소의 주기이고, λ는 파장이며,
    영역은 기질의 첫번째 표면과 요소 사이의 두께 및 굴절률을 가지며, 여기서 영역은 nR<nS 및
    Figure 112006088169585-pct00008
    의 조건을 만족시키고, 이때, nR은 영역의 유효 굴절률이며, nS는 기질의 굴절률이고, tR은 요소 및 기질의 첫 번째 표면 사이의 영역의 두께인 것을 특징으로 하는 편광자.
  54. 가시 스펙트럼에 대한 광대역 와이어 그리드 편광자를 만드는 방법에서, 상기 방법은;
    - 굴절률 및 첫 번째 표면을 갖는 투명 기질을 제공하고,
    - 기질의 첫 번째 표면위에 평행한 요소의 어레이를 형성하는데 요소는 마스크를 형성하며,
    - 기질로부터 뻗어있고 기질의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 영역을 형성하는 리브를 만들기 위해 요소 사이의 기질을 에칭하는
    단계들로 구성되는 것을 특징으로하는 광대역 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
  55. 제 54 항에 있어서, 상기 방법은,
    - 요소를 형성하기 전에 절연 필름 층을 첫 번째 표면에 증착시키는
    단계를 추가로 포함하고, 이때, 기질을 에칭시키는 단계는 요소들 사이에서 절연 필름을 에칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
  56. 제 54 항에 있어서, 평행 요소 어레이를 형성하는 단계는 0.076에서 0.2㎛ 사이의 주기를 갖는 요소를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
  57. 제 54 항에 있어서, 기질을 에칭하는 단계는 0.001에서 0.3㎛ 사이의 깊이로 기질을 에칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
  58. 가시 스펙트럼에 대한 광대역 와이어 그리드 편광자를 만드는 방법에서 있어서, 상기 방법은;
    - 굴절률과 첫 번째 표면을 갖는 투명 기질을 제공하고,
    - 기질의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 첫 번째 표면위에 절연 필름 층을 적층시키며,
    - 절연 필름 층 위에 평행 요소 어레이를 형성하고,
    - 리브를 만들기 위해 요소들 사이에 절연 필름 층을 에칭하는
    단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
  59. 제 58 항에 있어서, 절연 필름 층을 에칭하는 단계는 요소들 사이에서 기질을 에칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
  60. 제 58 항에 있어서, 절연 필름 층을 증착시키는 단계는 마그네슘 플로우로화물 층을 증착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
  61. 가시 스펙트럼에 대한 광대역 와이어 그리드 편광자에 있어서, 상기 편광자는;
    - 기질로부터 뻗은 복수개의 리브를 형성하는 에칭된 표면을 갖는 기질,
    - 리브에 배열된 평행하고 길게 뻗은 요소의 어레이
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자.
  62. 제 61 항에 있어서, 0.04에서 0.3㎛ 사이의 깊이로 기질이 에칭되는 것을 특징으로 하는 편광자.
  63. 제 61 항에 있어서, 요소가 0.076에서 1.4㎛ 사이의 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 편광자.
  64. 가시 스펙트럼에 대한 광대역 와이어 그리드 편광자에 있어서, 상기 편광자는;
    - 굴절률 및 첫 번째 표면을 갖는 투명 기질,
    - 기질에 의해 지지되는 평행하고 길게 뻗은 요소들의 어레이로서, 0.04에서 0.3㎛ 사이의 두께를 가지면서 알루미늄 혹은 은을 재료로 하는 상기 요소들의 어레이,
    - 기질의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지면서 기질 및 요소 사이에 배열된 영역
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자.
  65. 제 64 항에 있어서, 요소들의 어레이는 가시 스펙트럼 내 빛의 전자기장과 상호작용하여 대부분의 첫 번째 편광 빛을 반사시키고, 대부분의 두 번째 편광 빛을 투과시키도록 구성되며,
    어레이는 상당량의 두 번째 편광이 투과되기보다는 반사되도록 가시 스펙트럼 내에서 기질과 조합하여 공명 효과를 발생시키는 크기를 갖는 요소 및 구성을 갖고,
    기질 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 영역은 정상적으로 발생하는 공명 효과를 낮은 파장으로 전이시켜서 공명 효과가 발생하지 않는 가시 파장의 대역을 넓히는 것을 특징으로 하는 편광자.
  66. 제 64 항에 있어서, 요소는 0.076에서 0.2㎛ 사이의 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 편광자.
  67. 제 64 항에 있어서, 영역이 0.001에서 0.3㎛ 사이의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 편광자.
  68. 제 64 항에 있어서, 영역은 기질로부터 뻗은 복수개의 리브로 구성되는 것을 특징으로 하는 편광자.
  69. 제 68 항에 있어서, 리브는 기질과 통합되고, 기질과 같은 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 편광자.
  70. 제 68 항에 있어서, 각 리브는 기질 재료와 다른 재료인 한개 이상의 물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자.
  71. 제 70 항에 있어서, 상기 한개 이상의 물질층은 마그네슘 플루오루화물인 것을 특징으로 하는 편광자.
  72. 제 68 항에 있어서, 리브는 직사각형 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 편광자.
  73. 제 68 항에 있어서, 리브는 사다리꼴 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 편광자.
  74. 제 64 항에 있어서, 영역은 절연 재료 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자.
  75. 제 74 항에 있어서, 절연 재료 필름은 마그네슘 플루오르화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자.
  76. 제 64 항에 있어서, 영역은 기질의 재료와 다른 재료인 한개 이상의 물질층과, 상기 한개 이상의 물질층으로부터 뻗고 그 층에 형성된 복수개의 리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자.
  77. 제 64 항에 있어서, 영역은 기질로부터 뻗고 그 기질에 형성된 복수개의 리브를 포함하고, 각 복수개의 리브에는 리브의 재료와는 다른 재료인 한개 이상의 물질층이 배열되는 것을 특징으로 하는 편광자.
  78. 제 64 항에 있어서, 기질은 유리이고, 영역은 마그네슘 플루오르화물로 구성되는 것을 특징으로 하는 편광자.
  79. 제 64 항에 있어서, 기질은 1.5의 굴절률을 갖고, 영역은 1.4의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 편광자.
  80. 가시 스펙트럼에 대한 광대역 와이어 그리드 편광자에 있어서, 상기 편광자는;
    - 굴절률 및 첫 번째 표면을 갖는 기질,
    - 기질의 첫번째 표면에 복수개의 리브를 포함하는 영역으로서, 상기 복수개의 리브는 기질로부터 뻗어가고 그 굴절률이 기질의 굴절률보다 작은 특징의 상기 영역,
    - 상기 영역에 배열된 평행하고 길게 뻗은 요소의 어레이
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자.
  81. 제 80 항에 있어서, 요소는 0.076에서 1.4㎛ 사이의 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 편광자.
  82. 제 80 항에 있어서, 영역은 0.001에서 0.3㎛ 사이의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 편광자.
  83. 제 80 항에 있어서, 요소는 0.04에서 0.3㎛ 사이의 두께를 갖고, 요소는 알루미늄 혹은 은인 것을 특징으로 하는 편광자.
  84. 제 80 항에 있어서, 리브는 기질과 통합되고, 기질과 동일한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 편광자.
  85. 제 80 항에 있어서, 각 리브는 기질의 재료와 다른 재료도 된 한개 이상의 물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자.
  86. 제 85 항에 있어서, 상기 한개 이상의 물질층은 마그네슘 플루오르화물인 것을 특징으로 하는 편광자.
  87. 제 80 항에 있어서, 리브는 직사각형 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 편광자.
  88. 제 80 항에 있어서, 리브는 사다리꼴 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 편광자.
  89. 제 80 항에 있어서, 영역은 절연 재료 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자.
  90. 제 89 항에 있어서, 절연 재료 필름은 마그네슘 플루오르화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자.
  91. 제 80 항에 있어서, 영역은 기질의 재료와 다른 재료인 한개 이상의 물질층과, 상기 한개 이상의 물질층으로부터 뻗고 그 층에 형성된 복수개의 리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자.
  92. 제 80 항에 있어서, 영역은 기질로부터 뻗고 그 기질에 형성된 복수개의 리브를 포함하고, 각 복수개의 리브에는 리브의 재료와는 다른 재료로 된 한개 이상의 물질층이 배열되는 것을 특징으로 하는 편광자.
  93. 제 80 항에 있어서, 기질은 유리이고, 영역은 마그네슘 플루오르화물로 구성되는 것을 특징으로 하는 편광자.
  94. 제 80 항에 있어서, 기질은 1.5의 굴절률을 갖고, 영역은 1.4의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 편광자.
  95. 가시 스펙트럼에 대한 광대역 와이어 그리드 편광자에 있어서, 상기 편광자는;
    - 굴절률 및 첫 번째 표면을 갖는 기질,
    - 기질의 첫 번째 표면위의 영역으로서, 상기 영역은 기질의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지며, 상기 영역은 기질의 재료와 다른 재료로 된 한개 이상의 물질층과, 상기 물질층에 형성되어 상기 물질층으로부터 뻗어가는 복수개의 리브를 포함하는 특징의 상기 영역,
    - 영역 위에 배열된 평행하고 길게 뻗은 요소의 어레이
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자.
  96. 가시 스펙트럼에 대한 광대역 와이어 그리드 편광자에 있어서, 상기 편광자는;
    - 굴절률 및 첫 번째 표면을 갖는 기질,
    - 기질의 첫 번째 표면위의 영역으로서, 상기 영역은 기질의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지며, 상기 영역은 기질에 형성되어 기질로부터 뻗어가는 복수개의 리브를 포함하는 특징의 상기 영역,
    - 각 복수개의 리브에 배열되면서, 리브의 재료와는 다른 재료인 한개 이상의 물질층,
    - 상기 영역 위에 배열된 평행하고 길게 뻗은 요소의 어레이
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자.
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