KR101886793B1 - 능동형 프리즘 구조체 - Google Patents

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KR101886793B1
KR101886793B1 KR1020170023895A KR20170023895A KR101886793B1 KR 101886793 B1 KR101886793 B1 KR 101886793B1 KR 1020170023895 A KR1020170023895 A KR 1020170023895A KR 20170023895 A KR20170023895 A KR 20170023895A KR 101886793 B1 KR101886793 B1 KR 101886793B1
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김학린
박민규
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 능동형 프리즘 구조체 및 제조 방법에 관한 것이다. 상기 능동형 프리즘 구조체는, 투명한 재질의 기판; 사전 설정된 광굴절률(n p )을 갖는 광경화성 등방상 고분자 물질(Isotropic Polymer)로 이루어져 상기 기판위에 적층된 등방상층; 및 정상광 굴절률(n o )과 이상광 굴절률(n e )을 갖는 복굴절성을 갖는 물질로 이루어져 상기 등방상층위에 적층된 복굴절층;을 구비하고, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면은 프리즘 어레이의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면에서 발생하는 굴절률 차이가 입사광의 편광 방향에 따라 서로 상이한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 능동형 프리즘 구조체는 입사광에 대하여 등방상층과 복굴절층의 계면에서 발생되는 굴절률 차이가 입사광의 편광 방향에 따라 서로 상이하도록 구성함으로써, 입사광의 편광 방향에 따라 프리즘의 기능을 온/오프시키거나 프리즘에서의 굴절 각도 및 굴절 방향을 조절할 수 있게 된다.

Description

능동형 프리즘 구조체{Active prism structure}
본 발명은 능동형 프리즘 구조체에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 입사광의 편광 방향에 따라 프리즘의 기능을 온/오프시키거나, 프리즘에서의 굴절 각도 및 굴절 방향을 제어할 수 있는 능동형 프리즘 구조체에 관한 것이다.
일반적으로, 프리즘(prism)은 입사되는 빛을 분산 또는 굴절시키기 위하여 사용되는 광학 소자이다. 최근, 다양한 형태의 디스플레이 장치와 3차원 입체 디스플레이 장치에 대한 연구와 개발이 확대되고 있으며, 이러한 디스플레이 장치에 프리즘 어레이 시트들이 다양한 목적으로 사용되고 있다.
프리즘 시트들은 디스플레이 장치들의 전면에 설치되어, 디스플레이 장치로부터 출사되는 광의 출사 방향을 한정하거나 산란시킴으로써, 디스플레이 장치들의 표시 휘도를 향상시키기도 한다.
하지만, 종래의 프리즘 시트들은 프리즘의 경사면의 각도 및 재질의 굴절률 등에 따라 설정된 단일의 굴절 방향 및 굴절 각도로 입사광이 출사되는 한계점을 갖고 있다.
한국공개특허공보 제 10-2002-0037443호 한국공개특허공보 제 10-2007-0026085호
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 입사광의 편광 방향에 따라 프리즘의 기능의 온/오프를 제어하거나 굴절 방향 및 굴절 각도를 조절할 수 있는 능동형 프리즘 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 임프린팅 기술을 이용하여 전술한 능동형 프리즘 구조체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 따른 능동형 프리즘 구조체는, 투명한 재질의 기판; 사전 설정된 광굴절률(n p )을 갖는 광경화성 등방상 고분자 물질(Isotropic Polymer)로 이루어져 상기 기판위에 적층된 등방상층; 및 정상광 굴절률(n o )과 이상광 굴절률(n e )을 갖는 복굴절성을 갖는 물질로 이루어져 상기 등방상층위에 적층된 복굴절층; 을 구비하고, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면은 프리즘의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면에서 발생하는 굴절률 차이가 입사광의 편광 방향에 따라 서로 상이한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 특징에 따른 능동형 프리즘 구조체는, 투명한 재질의 기판; 사전 설정된 광굴절률(n p )을 갖는 광경화성 등방상 고분자 물질(Isotropic Polymer)로 이루어져 상기 기판위에 적층된 등방상층; 및 정상광 굴절률(n o )과 이상광 굴절률(n e )을 갖는 복굴절성을 갖는 물질로 이루어져 상기 등방상층위에 적층된 복굴절층;을 구비하고, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면은 프리즘의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하며,
상기 등방상층은 상기 복굴절층의 정상광 굴절률과 동일한 광굴절률(n p )을 갖는 광경화성 등방상 고분자 물질로 이루어지도록 구성하여, 입사광의 편광 방향에 따라 프리즘의 기능의 온/오프를 제어한다.
본 발명의 제3 특징에 따른 능동형 프리즘 구조체는, 투명한 재질의 기판; 사전 설정된 광굴절률(n p )을 갖는 광경화성 등방상 고분자 물질(Isotropic Polymer)로 이루어져 상기 기판위에 적층된 등방상층; 및 정상광 굴절률(n o )과 이상광 굴절률(n e )을 갖는 복굴절성을 갖는 물질로 이루어져 상기 등방상층위에 적층된 복굴절층;을 구비하고, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면은 프리즘의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하며,
상기 등방상층은 상기 복굴절층의 정상광 굴절률 및 이상광 굴절률과 다른 광굴절률(n p )을 갖는 광경화성 등방상 고분자 물질로 이루어지도록 구성하여, 입사광의 편광 방향에 따라 프리즘의 굴절 각도 및 방향을 제어한다.
전술한 제1 내지 제3 특징에 따른 능동형 프리즘 구조체에 있어서, 상기 복굴절층은 복굴절성을 갖는 액정(Liquid Crystal) 또는 광경화성 액정상 고분자(Reactive Mesogen) 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
전술한 제1 내지 제3 특징에 따른 능동형 프리즘 구조체에 있어서, 상기 능동형 프리즘 구조체는 복굴절층과 등방상층의 계면에 형성된 하부 배향막을 더 구비하고, 상기 복굴절층을 구성하는 물질은 상기 하부 배향막에 의해 단일 방향으로 배향된 것이 바람직하다.
전술한 제1 내지 제3 특징에 따른 능동형 프리즘 구조체에 있어서, 상기 능동형 프리즘 구조체는 복굴절층의 표면에 적층된 상부 투명 기판을 더 구비하고, 상기 복굴절층과 맞닿는 상부 투명 기판의 일면에는 상부 배향막이 형성되어, 상기 복굴절층을 구성하는 물질은 상기 상부 배향막에 의해 단일 방향으로 배향된 것이 바람직하다.
전술한 제1 내지 제3 특징에 따른 능동형 프리즘 구조체에 있어서, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면에 형성되는 프리즘은 단일 프리즘 또는 프리즘 어레이로 이루어지며, 상기 프리즘은 직각 삼각형, 정삼각형, 이등변 삼각형 등과 같은 삼각형의 형상으로 이루어지거나, 프레넬(Fresnel) 프리즘 형상으로 이루어진 것이 바람직하다.
본 발명의 제4 특징에 따른 능동형 프리즘 구조체의 제조 방법은, (a) 제1 투명 기판위에 등방상 고분자 물질을 증착하고 프리즘 역상의 형태를 갖는 프리즘 어레이 템플릿을 가압하고 광경화시킨 후 프리즘 어레이 템플릿을 제거하여, 제1 투명 기판위에 등방상층을 형성하는 단계; (b) 상기 등방상층의 표면에 배향 물질을 도포한 후 러빙하여 등방상층의 표면에 Bottom-Up 방식의 배향을 위한 하부 배향막을 형성하는 단계; (c) 제2 투명 기판위에 배향 물질을 도포한 후 러빙하여 Top-Down 방식의 배향을 위한 상부 배향막을 갖는 상부 기판을 제작하는 단계; 및 (d) 상기 제1 투명 기판위의 하부 배향막의 상부에 상기 상부 기판을 배치하고, 상기 하부 배향막과 상기 상부 배향막의 사이에 광경화성 액정상 고분자 물질을 주입하고 광경화시켜, 복굴절층을 형성하는 단계;를 구비한다.
전술한 제4 특징에 따른 능동형 프리즘 구조체의 제조 방법에 있어서, (e) 상기 상부 배향막을 갖는 상기 상부 기판을 복굴절층으로부터 분리하여 제거하는 단계; 를 더 구비하는 것이 바람직하다.
전술한 제4 특징에 따른 능동형 프리즘 구조체의 제조 방법에 있어서, 상기 (b) 단계는 상기 등방상층의 표면에 배향 물질을 도포하기 전에, 등방상층의 표면을 UVO 처리하는 공정을 더 구비하여, 후공정에서 도포될 배향 물질의 코팅성을 향상시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 능동형 프리즘 구조체는 광경화성 등방상 고분자 물질과 임프린팅 기술을 이용하여 제작하여, 입사광의 편광 방향에 따라 프리즘의 기능의 온/오프를 제어하거나, 입사광의 편광 방향에 따라 프리즘의 굴절 각도 및 굴절 방향을 조절할 수 있게 된다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체는, 등방상층의 굴절률이 복굴절층의 정상광 굴절률과 동일하도록 구성함으로써, 입사광의 편광 방향에 따라 프리즘의 기능을 온/오프 시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체는, 등방상층의 굴절률이 복굴절층의 정상광 굴절률 및 이상광 굴절률과 상이하도록 구성함으로써, 입사광의 편광 방향에 따라 프리즘의 굴절 각도 및 굴절 방향을 조절할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체의 구조 및 동작 원리를 도시한 것으로서, (a)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 수직인 경우, (b)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 일치하는 경우의 굴절을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체의 구조 및 동작 원리를 도시한 것으로서, (a)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 수직인 경우, (b)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 일치하는 경우의 굴절을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체의 구조 및 동작 원리를 도시한 것으로서, (a)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 수직인 경우, (b)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 일치하는 경우의 굴절을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체의 구조 및 동작 원리를 도시한 것으로서, (a)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 수직인 경우, (b)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 일치하는 경우의 굴절을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체의 구조 및 동작 원리를 도시한 것으로서, (a)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 수직인 경우, (b)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 일치하는 경우의 굴절을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체의 구조 및 동작 원리를 도시한 것으로서, (a)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 수직인 경우, (b)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 일치하는 경우의 굴절을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 능동형 프리즘 구조체의 제조 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
도 8의 (a)는 본 발명에 따른 제조 방법에 따라 임프린팅 공정으로 형성된 등방상 프리즘 어레이 구조체에 대한 SEM 이미지이며, (b)는 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 완성된 능동형 프리즘 구조체의 단면에 대한 SEM 이미지이다.
도 9는 본 발명에 따른 능동형 프리즘 구조체에 있어서, crossed polarizer 상에서 관측된 현미경 이미지들이다.
도 10은 본 발명에 따른 프레넬 형태의 능동형 프리즘 구조체에 있어서, 입사광의 편광에 따라 능동형 프리즘 구조체를 통과한 후의 빛의 진행 경로를 비교한 사진들이다.
본 발명에 따른 능동형 프리즘 구조체는 입사광에 대하여 등방상층과 복굴절층의 계면에서 발생되는 굴절률 차이가 입사광의 편광 방향에 따라 서로 상이하도록 구성함으로써, 입사광의 편광 방향에 따라 프리즘의 기능을 온/오프시키거나 프리즘에서의 굴절 각도 및 굴절 방향을 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 능동형 프리즘 구조체의 구조 및 동작을 구체적으로 설명한다.
< 제1 실시예 >
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체의 구조 및 동작을 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체의 구조 및 동작 원리를 도시한 것으로서, (a)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 수직인 경우, (b)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 일치하는 경우의 굴절을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체(10)는, 투명한 재질의 기판(100), 등방상층(110), 복굴절층(120)을 구비한다. 본 발명에 따른 능동형 프리즘 구조체(10)에 있어서, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면은 프리즘 어레이의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하며, 입사광에 대하여 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면에서 발생하는 굴절률 차이가 입사광의 편광 방향에 따라 서로 상이하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 등방상층(110)은 사전 설정된 광굴절률(np)을 갖는 광경화성 등방상 고분자 물질(Isotropic Polymer)로 이루어져 상기 기판위에 적층된다.
상기 복굴절층(120)은 정상광 굴절률(no)과 이상광 굴절률(ne)을 갖는 복굴절성을 갖는 물질로 이루어져 상기 등방상층위에 적층된다. 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면에 형성되는 프리즘은 단일 프리즘 또는 프리즘 어레이로 구현될 수 있으며, 상기 프리즘은 정삼각형, 이등변 삼각형 등과 같은 삼각형의 형상으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 프리즘은 평탄한 출사면에 대하여 소정의 프리즘 각도(θ prism )로 기울어진 경사면들로 구성된 정삼각형 또는 이등변삼각형과 같은 삼각형 형상으로 이루어지며, 이러한 프리즘들이 반복 배열되어 프리즘 어레이 형태를 구현하게 된다.
상기 복굴절층은 단일 방향으로 정렬된 복굴절성을 갖는 액정(Liquid Crystal;LC) 또는 광경화성 액정상 고분자(Reactive Mesogen;RM) 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 복굴절층을 구성하는 액정 또는 광경화성 액정상 고분자 물질을 단일방향으로 정렬시키기 위하여, 상기 능동형 프리즘 구조체(10)는 상기 등방상층(110)과 복굴절층(120)의 계면에 하부 배향층(도면에 도시되지 않음)을 더 구비하여 Bottom-up 방식으로 복굴절층의 매질을 배향시키거나, 복굴절층(120)의 상부 표면에 상부 배향층(도면에 도시되지 않음)을 더 구비하여 Top-down 방식으로 복굴절층의 매질을 배향시키거나, 복굴절층(120)의 상부 및 하부 표면에 각각 상부 배향층 및 하부 배향층을 구비하여 Bottom-up 방식과 Top-down 방식으로 동시에 배향시켜 보다 더 정확하게 단일 방향으로 배향시킬 수 있다. 상부 배향층 및/또는 하부 배향층에 의하여, 상기 복굴절층을 구성하는 매질은 단일 방향으로 배향되어 이루어지게 된다.
본 발명에 따른 능동형 프리즘 구조체는, 상기 등방상층(110)의 굴절률(n p ) 및 상기 복굴절층(120)에서의 배향방향의 수직한 방향의 굴절률인 정상광 굴절률(n o )과 배향방향의 굴절률인 이상광 굴절률(n e )에 대한 관계가 n o = n p < n e 이 되도록 설정함으로써, 입사광의 편광 방향에 따라 프리즘 기능의 온/오프를 제어할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 1의 (a)를 참조하면, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체로 직진성을 갖는 빛이 입사할 때, 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층(120)의 배향방향과 수직한 경우, 복굴절층(120)은 n o 의 굴절률을 가지게 되며, n o = n p 이므로 입사한 빛은 굴절없이 직진하게 된다. 그 결과, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체는, 복굴절층의 배향 방향과 수직인 편광 방향을 갖는 빛이 입사하는 경우, 프리즘으로 동작하지 않게 된다.
한편, 도 1의 (b)를 참조하면, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체로 직진성을 갖는 빛이 입사할 때, 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층(120)의 배향방향과 일치하는 경우, 복굴절층(120)은 n e 의 굴절률을 가지게 되며, n p < n e 이므로 입사한 빛은 등방상층(110)과 복굴절층(120)의 계면에서 굴절률 차에 의해 굴절이 나타나게 된다. 그 결과, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체는, 복굴절층의 배향 방향과 일치하는 편광 방향을 갖는 빛이 입사하는 경우, 프리즘 어레이로 동작하여 입사한 빛이 퍼지게 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체는, 입사광의 편광 방향이 복굴절층의 배향 방향과 수직이면 프리즘 기능이 OFF 되며, 입사광의 편광 방향이 복굴절층의 배향 방향과 일치하면 프리즘 기능이 ON 된다.
한편, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체에 있어서, 람버시안(Lambertian) 형태의 빛이 입사하는 경우에도, 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향 방향과 수직하면 입사광은 굴절없이 직진하게 되며, 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향 방향과 일치하면 프리즘 어레이로 동작하여 입사광은 시야각이 줄어든 형태로 출사하게 된다.
< 제2 실시예 >
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체의 구조 및 동작을 구체적으로 설명한다. 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체의 구조 및 동작 원리를 도시한 것으로서, (a)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 수직인 경우, (b)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 일치하는 경우의 굴절을 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체(20)는, 투명한 재질의 기판(200), 등방상층(210), 복굴절층(220)을 구비한다. 본 발명에 따른 능동형 프리즘 구조체(20)에 있어서, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면은 프리즘 의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면에서 발생하는 굴절률 차이가 입사광의 편광 방향에 따라 서로 상이하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 등방상층(210)과 상기 복굴절층(220)은 제1 실시예의 그것들과 동일한 물질로 이루어지며, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면은 직각삼각형 프리즘 또는 프레넬(Fresnel) 프리즘의 형상으로 이루어진 것이 바람직하며, 단일 프리즘 형태로 구현되거나 프리즘 어레이 형태로 구현될 수 있다. 상기 프레넬 프리즘은 평탄한 출사면에 대하여 소정의 프리즘 각도(θ prism )로 기울어진 경사면과, 경사되지 않은 다른 면으로 구성된 톱니 형상으로 이루어지며, 이러한 프리즘들이 반복 배열되어 톱니파를 형성하여 프레넬 프리즘 어레이 형태를 구현하게 된다.
상기 복굴절층을 구성하는 액정 또는 광경화성 액정상 고분자 물질을 단일방향으로 정렬시키기 위하여, 상기 능동형 프리즘 구조체(20)는 상기 등방상층(210)과 복굴절층(220)의 계면에 하부 배향층(도면에 도시되지 않음)을 더 구비하거나, 복굴절층(220)의 상부 표면에 상부 배향층(도면에 도시되지 않음)을 더 구비하거나, 복굴절층(220)의 상부 및 하부 표면에 각각 상부 배향층 및 하부 배향층을 구비할 수 있다. 상부 배향층 및/또는 하부 배향층에 의하여, 상기 복굴절층을 구성하는 매질은 단일 방향으로 배향되어 이루어지게 된다.
본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체는, 상기 등방상층(210)의 굴절률(n p ) 및 상기 복굴절층(220)에서의 배향방향의 수직한 방향의 굴절률인 정상광 굴절률(n o )과 배향방향의 굴절률인 이상광 굴절률(n e )에 대한 관계가 n o = n p < n e 이 되도록 설정함으로써, 입사광의 편광 방향에 따라 프리즘 기능의 온/오프를 제어하며 입사광의 진행 경로를 제어할 수 있게 된다.
도 2의 (a)를 참조하면, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체로 직진성을 갖는 빛이 입사할 때, 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층(220)의 배향방향과 수직한 경우, 복굴절층(220)은 n o 의 굴절률을 가지게 되며, n o = n p 이므로 입사한 빛은 굴절없이 직진하게 된다. 그 결과, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체는, 복굴절층의 배향 방향과 수직인 편광 방향을 갖는 빛이 입사하는 경우, 프리즘으로 동작하지 않게 되고 입사광은 굴절없이 직진하게 된다.
한편, 도 2의 (b)를 참조하면, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체로 직진성을 갖는 빛이 입사할 때, 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층(220)의 배향방향과 일치하는 경우, 복굴절층(220)은 n e 의 굴절률을 가지게 되며, n p < n e 이므로 입사한 빛은 등방상층(210)과 복굴절층(220)의 계면에서 굴절률 차에 의해 굴절이 나타나게 된다. 그 결과, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체는, 복굴절층의 배향 방향과 일치하는 편광 방향을 갖는 빛이 입사하는 경우, 프리즘 어레이로 동작하여 직진하던 입사광은 굴절되어 진행 경로가 꺽이게 된다.
따라서, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체는, 입사광의 편광 방향이 복굴절층의 배향 방향과 수직이면 프리즘 기능이 OFF 되며, 입사광의 편광 방향이 복굴절층의 배향 방향과 일치하면 프리즘 기능이 ON 된다.
< 제3 실시예 >
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체의 구조 및 동작을 구체적으로 설명한다. 도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체의 구조 및 동작 원리를 도시한 것으로서, (a)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 수직인 경우, (b)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 일치하는 경우의 굴절을 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체(30)는, 투명한 재질의 기판(300), 등방상층(310), 복굴절층(320)을 구비한다. 본 발명에 따른 능동형 프리즘 구조체(30)에 있어서, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면은 프리즘 의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면에서 발생하는 굴절률 차이가 입사광의 편광 방향에 따라 서로 상이하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 등방상층(310) 및 상기 복굴절층(320)의 구조 및 재질은 제1 실시예의 그것들과 동일하며, 다만 상기 등방상층(310)의 굴절률(n p ) 및 상기 복굴절층(320)에서의 배향방향의 수직한 방향의 굴절률인 정상광 굴절률(n o )과 배향방향의 굴절률인 이상광 굴절률(n e )에 대한 관계가 n o < n p < n e 이 되도록 설정함으로써, 입사광의 편광 방향에 따라 프리즘 구조체에서의 굴절 방향이 서로 반대 방향이 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 복굴절층을 구성하는 액정 또는 광경화성 액정상 고분자 물질을 단일방향으로 정렬시키기 위하여, 상기 능동형 프리즘 구조체(30)는 제1 실시예와 마찬가지로, 하부 배향막 및/또는 상부 배향막을 더 구비하는 것이 바람직하며, 상부 배향층 및/또는 하부 배향층에 의하여, 상기 복굴절층을 구성하는 매질은 단일 방향으로 배향되어 이루어지게 된다.
도 3의 (a)를 참조하면, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체로 직진성을 갖는 빛이 입사할 때, 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층(320)의 배향방향과 수직한 경우, 복굴절층(320)은 n o 의 굴절률을 가지게 되며, n o < n p 이므로 입사한 빛은 등방상층(310)과 복굴절층(320)의 계면에서 굴절률 차에 의해 굴절이 나타나며 프리즘 어레이로 동작하여 입사광은 퍼지게 된다.
한편, 도 3의 (b)를 참조하면, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체로 직진성을 갖는 빛이 입사할 때, 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층(320)의 배향방향과 일치하는 경우, 복굴절층(320)은 n e 의 굴절률을 가지게 되며, n p < n e 이므로 입사한 빛은 등방상층(310)과 복굴절층(320)의 계면에서 굴절률 차에 의해 굴절이 나타나게 된다. 그 결과, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체는, 복굴절층의 배향 방향과 일치하는 편광 방향을 갖는 빛이 입사하는 경우, 프리즘 어레이로 동작하여 입사한 빛이 퍼지게 된다.
다만, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체에 있어서, 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향 방향과 수직인 경우와 일치하는 경우는 굴절 방향이 서로 반대 방향이 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체는, 입사하는 빛의 편광 방향에 따라 능동형 프리즘 구조체에서의 굴절 방향이 서로 반대 방향이 되는 것을 특징으로 한다.
< 제4 실시예 >
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체의 구조 및 동작을 구체적으로 설명한다. 도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체의 구조 및 동작 원리를 도시한 것으로서, (a)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 수직인 경우, (b)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 일치하는 경우의 굴절을 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체(40)는, 투명한 재질의 기판(400), 등방상층(410), 복굴절층(420)을 구비한다. 본 발명에 따른 능동형 프리즘 구조체(40)에 있어서, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면은 프리즘 의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면에서 발생하는 굴절률 차이가 입사광의 편광 방향에 따라 서로 상이하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 등방상층(410)과 상기 복굴절층(420)은 제3 실시예의 그것들과 동일한 물질로 이루어지며, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면은 직각 삼각형 형상으로 이루어지거나 프레넬(Fresnel) 프리즘의 형상으로 이루어진 것이 바람직하며, 단일 프리즘으로 구현되거나 프레넬 프리즘 어레이 형태로 구현될 수 있다. 상기 등방상층(310)의 굴절률(n p ) 및 상기 복굴절층(320)에서의 배향방향의 수직한 방향의 굴절률인 정상광 굴절률(n o )과 배향방향의 굴절률인 이상광 굴절률(n e )에 대한 관계가 n o < n p < n e 이 되도록 설정함으로써, 입사광의 편광 방향에 따라 프리즘 구조체에서의 굴절 방향이 서로 반대 방향이 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 복굴절층을 구성하는 액정 또는 광경화성 액정상 고분자 물질을 단일방향으로 정렬시키기 위하여, 상기 능동형 프리즘 구조체(40)는 제1 실시예와 마찬가지로, 하부 배향막 및/또는 상부 배향막을 더 구비하는 것이 바람직하며, 상부 배향층 및/또는 하부 배향층에 의하여, 상기 복굴절층을 구성하는 매질은 단일 방향으로 배향되어 이루어지게 된다.
도 4의 (a)를 참조하면, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체로 직진성을 갖는 빛이 입사할 때, 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층(420)의 배향방향과 수직한 경우, 복굴절층(420)은 n o 의 굴절률을 가지게 되며, n o < n p 이므로 입사한 빛은 등방상층(410)과 복굴절층(420)의 계면에서 굴절률 차에 의해 굴절이 나타나며 프리즘 어레이로 동작하여 입사광은 퍼지게 된다.
한편, 도 4의 (b)를 참조하면, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체로 직진성을 갖는 빛이 입사할 때, 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층(420)의 배향방향과 일치하는 경우, 복굴절층(420)은 n e 의 굴절률을 가지게 되며, n p < n e 이므로 입사한 빛은 등방상층(410)과 복굴절층(420)의 계면에서 굴절률 차에 의해 굴절이 나타나게 된다. 그 결과, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체는, 복굴절층의 배향 방향과 일치하는 편광 방향을 갖는 빛이 입사하는 경우, 프리즘 어레이로 동작하여 입사한 빛이 퍼지게 된다.
다만, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체에 있어서, 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향 방향과 수직인 경우와 일치하는 경우는 굴절 방향이 서로 반대 방향이 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체는, 입사하는 빛의 편광 방향에 따라 능동형 프리즘 구조체에서의 굴절 방향이 서로 반대 방향이 되는 것을 특징으로 한다.
< 제5 실시예 >
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 제5 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체의 구조 및 동작을 구체적으로 설명한다. 도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체의 구조 및 동작 원리를 도시한 것으로서, (a)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 수직인 경우, (b)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 일치하는 경우의 굴절을 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체(50)는, 투명한 재질의 기판(500), 등방상층(510), 복굴절층(520)을 구비한다. 본 발명에 따른 능동형 프리즘 구조체(50)에 있어서, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면은 프리즘 의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 프리즘은 단일 프리즘 형태로 구현되거나 프리즘 어레이 형태로 구현될 수 있다. 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면은 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면에서 발생하는 굴절률 차이가 입사광의 편광 방향에 따라 서로 상이하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 등방상층(510) 및 상기 복굴절층(520)의 구조 및 재질은 제1 실시예의 그것들과 동일하며, 다만 상기 등방상층(510)의 굴절률(n p ) 및 상기 복굴절층(520)에서의 배향방향의 수직한 방향의 굴절률인 정상광 굴절률(n o )과 배향방향의 굴절률인 이상광 굴절률(n e )에 대한 관계가 n p < n o < n e 이 되도록 설정함으로써, 입사광의 편광 방향에 따라 프리즘 구조체에서의 굴절각 및 빛이 퍼지는 정도가 달라지게 되어 시야각 크기를 제어할 수 있게 된다.
상기 복굴절층을 구성하는 액정 또는 광경화성 액정상 고분자 물질을 단일방향으로 정렬시키기 위하여, 상기 능동형 프리즘 구조체(50)는 제1 실시예와 마찬가지로, 하부 배향막 및/또는 상부 배향막을 더 구비하는 것이 바람직하며, 상부 배향층 및/또는 하부 배향층에 의하여, 상기 복굴절층을 구성하는 매질은 단일 방향으로 배향되어 이루어지게 된다.
도 5의 (a)를 참조하면, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체로 직진성을 갖는 빛이 입사할 때, 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층(520)의 배향방향과 수직한 경우, 복굴절층(520)은 n o 의 굴절률을 가지게 되며, n p < n o 이므로 입사한 빛은 등방상층(510)과 복굴절층(520)의 계면에서 굴절률 차에 의해 굴절이 나타나며 프리즘 어레이로 동작하여 입사광은 퍼지게 된다.
한편, 도 5의 (b)를 참조하면, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체로 직진성을 갖는 빛이 입사할 때, 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층(520)의 배향방향과 일치하는 경우, 복굴절층(520)은 n e 의 굴절률을 가지게 되며, n p < n e 이므로 입사한 빛은 등방상층(510)과 복굴절층(520)의 계면에서 굴절률 차에 의해 굴절이 나타나게 된다. 그 결과, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체는, 복굴절층의 배향 방향과 일치하는 편광 방향을 갖는 빛이 입사하는 경우, 프리즘 어레이로 동작하여 입사한 빛이 퍼지게 된다.
다만, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체에 있어서, 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향 방향과 수직인 경우에 발생하는 n p 와 n o 사이의 굴절률 차이는, 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향 방향과 일치하는 경우에 발생하는 n p 와 n e 사이의 굴절률 차이보다 더 작으므로, 굴절각 및 빛이 퍼지는 정도가 더 감소하게 되어 시야각이 감소하게 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체는, 입사하는 광의 편광 방향에 따라 굴절각의 정도 및 빛이 퍼지는 정도가 서로 달라지게 되어 시야각 크기를 제어할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체에 있어서, 램버시안(Lambertian) 형태의 빛이 입사하는 경우, 입사광의 편광 방향이 복굴절층의 배향 방향과 평행한 경우 및 수직한 경우 모두 프리즘 어레이로서 동작하게 되며 시야각이 줄어들거나 늘어난 형태로 출사하게 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체는 입사하는 빛의 편광 방향에 따라 시야각 크기가 제어될 수 있게 된다.
< 제6 실시예 >
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제6 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체의 구조 및 동작을 구체적으로 설명한다. 도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체의 구조 및 동작 원리를 도시한 것으로서, (a)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 수직인 경우, (b)는 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향방향과 일치하는 경우의 굴절을 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체(60)는, 투명한 재질의 기판(600), 등방상층(610), 복굴절층(620)을 구비한다. 본 발명에 따른 능동형 프리즘 구조체(60)에 있어서, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면은 프리즘 어레이의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면에서 발생하는 굴절률 차이가 입사광의 편광 방향에 따라 서로 상이하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 등방상층(610)과 상기 복굴절층(620)은 제6 실시예의 그것들과 동일한 물질로 이루어지며, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면은 직각 삼각형 형상의 프레넬(Fresnel) 프리즘의 형상으로 이루어진 것이 바람직하며, 단일 프리즘 형태로 구현되거나, 프레넬 프리즘 어레이 형태로 구현될 수 있다. 상기 등방상층(610)의 굴절률(n p ) 및 상기 복굴절층(620)에서의 배향방향의 수직한 방향의 굴절률인 정상광 굴절률(n o )과 배향방향의 굴절률인 이상광 굴절률(n e )에 대한 관계가 n p < n o < n e 이 되도록 설정함으로써, 입사광의 편광 방향에 따라 프리즘 구조체에서의 굴절각 및 빛이 꺾이는 정도가 서로 다르게 된다.
상기 복굴절층을 구성하는 액정 또는 광경화성 액정상 고분자 물질을 단일방향으로 정렬시키기 위하여, 상기 능동형 프리즘 구조체(60)는 제1 실시예와 마찬가지로, 하부 배향막 및/또는 상부 배향막을 더 구비하는 것이 바람직하며, 상부 배향층 및/또는 하부 배향층에 의하여, 상기 복굴절층을 구성하는 매질은 단일 방향으로 배향되어 이루어지게 된다.
도 6의 (a)를 참조하면, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체로 직진성을 갖는 빛이 입사할 때, 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층(620)의 배향방향과 수직한 경우, 복굴절층(620)은 n o 의 굴절률을 가지게 되며, n p < n o 이므로 입사한 빛은 등방상층(610)과 복굴절층(620)의 계면에서 굴절률 차에 의해 굴절이 나타나며 프레넬 프리즘 어레이로 동작하여 입사광의 진행 경로가 꺾이게 된다.
한편, 도 6의 (b)를 참조하면, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체로 직진성을 갖는 빛이 입사할 때, 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층(620)의 배향방향과 일치하는 경우, 복굴절층(620)은 n e 의 굴절률을 가지게 되며, n p < n e 이므로 입사한 빛은 등방상층(610)과 복굴절층(620)의 계면에서 굴절률 차에 의해 굴절이 나타나게 된다. 그 결과, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체는, 복굴절층의 배향 방향과 일치하는 편광 방향을 갖는 빛이 입사하는 경우, 프레넬 프리즘 어레이로 동작하여 입사광의 진행 경로가 꺾이게 된다.
다만, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체에 있어서, 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향 방향과 수직인 경우에 발생하는 n p 와 n o 사이의 굴절률 차이는, 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향 방향과 일치하는 경우에 발생하는 n p 와 n e 사이의 굴절률 차이보다 더 작으므로, 굴절각 및 빛이 꺾이는 정도가 더 감소하게 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 능동형 프리즘 구조체는, 입사하는 광의 편광 방향에 따라 굴절각의 정도 및 빛이 꺾이는 정도가 서로 달라지게 된다.
< 능동형 프리즘 구조체의 제조 방법 >
이하, 도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 능동형 프리즘 구조체의 제조 방법을 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 능동형 프리즘 구조체의 제조 방법은, 먼저 하부 투명 기판(700)상에 광경화성 등방상 고분자 물질(710)을 증착시킨 후, 프리즘 역상의 형태를 갖는 프리즘 어레이 템플릿(750;prism array template)을 임프린팅한다(단계 a). 다음, UV 조사하여 광경화성 등방상 고분자 물질들(710)을 광경화시키고(단계 b), 상기 프리즘 어레이 템플릿(750)을 분리하여 제거한다(단계 c), 그 결과, 임프린팅 공정을 이용하여 하부 투명 기판(700)위에 프리즘 어레이 형상의 등방상층(710')을 완성하게 된다.
다음, 상기 등방상층(710')의 표면에 배향 물질을 도포하기 전에, 등방상층(710')의 표면을 UVO 처리하여 등방상층(710")의 표면을 친수화시킴으로써, 후공정에서 도포될 배향 물질의 코팅성을 향상시키는 것이 바람직하다(단계 d).
다음, 상기 등방상층(710")의 표면에 배향 물질(730)을 도포한 후(단계 e), 단일 방향으로 러빙하여, 등방상층(710")의 표면에 Bottom-Up 방식의 배향을 위한 하부 배향막(730')을 형성한다(단계 f). 배향 물질로는 Polyvinylachol(PVA)을 사용할 수 있다.
다음, 상부 투명 기판(770)위에 배향 물질을 도포한 후 러빙하여, Top-Down 방식의 배향을 위한 상부 배향막(780)을 갖는 상부 투명 기판(770)을 제작한다(단계 g).
다음, 상기 하부 투명 기판(700)위의 하부 배향막(730')의 상부에 상기 상부 투명 기판(770)을 배치하고, 상기 하부 배향막(730')과 상기 상부 배향막(780)의 사이에 광경화성 액정상 고분자 물질(720)을 주입한 후(단계 h), UV 조사하여 광경화성 액정상 고분자 물질(720)을 광경화시켜 복굴절층(720')을 형성한다(단계 i). 상기 복굴절층을 구성하는 광경화성 액정상 고분자 물질(720)은 하부 배향막(730')과 상부 배향막(780)에 의한 배향 효과에 따라 단일 방향으로 정렬된다. 다음, 상부 투명 기판(770) 및 상부 배향막(780)을 복굴절층(720')으로부터 분리하여 제거함으로써(단계 j), 본 발명에 따른 능동형 프리즘 구조체를 완성한다.
전술한 제조 공정에 있어서, 마지막 단계인 단계 j를 생략하여, 상부 투명 기판(770)과 상부 배향막(780)은 필요에 따라 제거하지 아니하여 능동형 프리즘 구조체를 완성할 수도 있다.
한편, 전술한 제조 공정의 프리즘 어레이 템플릿을 프레넬 프리즘 형태를 사용하는 경우, 전술한 제2, 제4 및 제6 실시예에 따른 프레넬 프리즘 형상의 능동형 프리즘 구조체를 제작할 수 있게 된다.
도 8의 (a)는 본 발명에 따른 제조 방법에 따라 임프린팅 공정으로 형성된 등방상 프리즘 어레이 구조체에 대한 SEM 이미지이며, (b)는 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 완성된 능동형 프리즘 구조체의 단면에 대한 SEM 이미지이다. 도 8의 (a)를 참조하면, 임프린팅 공정시 사용된 프리즘 어레이 템플릿의 주기는 18.5 ㎛ 이며, 높이는 11㎛ 이며, 프리즘 각도(θ prism )은 50도이다. 또한, 사용된 광 경화성 등방상 고분자 물질은 Norland Products. Inc.사의 n p = 1.51 인 NOA89 제품이다. 도 8의 (b)에 있어서, 능동형 프리즘 구조체는 하부 투명 기판(800), 프리즘 어레이 구조체를 형성하는 등방상층(810), 등방상층위에 적층된 복굴절층(820)으로 이루어진다. 상기 복굴절층을 구성하는 광경화성 액정상 고분자 물질은 Merck 사의 RMM727 제품이다.
도 9는 본 발명에 따른 능동형 프리즘 구조체에 있어서, crossed polarizer 상에서 관측된 현미경 이미지들이다. 도 9를 통해, Crossed polarizer 상에서 편광 현미경을 통해 능동형 프리즘 구조체의 광경화성 액정상 고분자 물질로 이루어진 복굴절층이 정렬됨을 확인할 수 있다.
도 9의 (a)를 참조하면, 편광자 방향과 광경화성 액정상 고분자의 배향 방향이 일치할 때, 위상 지연이 발생하지 않아서, crossed polarizer 상에서 dark 상태가 나타나게 된다. 도 9의 (b)를 참조하면, 편광자 방향과 광경화성 액정상 고분자의 배향 방향이 45도일 때는 광경화성 액정상 고분자층의 복굴절에 의해 위상 지연이 발생하여 crossed polarizer 상에서 빛이 새며, 프리즘 구조에 의해 높이가 다름에 따라 위치별로 위상 지연의 정도가 달라, 위치별로 빛이 새는 정도가 다름을 파악할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 프레넬 형태의 능동형 프리즘 구조체에 있어서, 입사광의 편광에 따라 능동형 프리즘 구조체를 통과한 후의 빛의 진행 경로를 비교한 사진들이다.
도 10을 통해, 본 발명에 따른 프레넬 형태의 능동형 프리즘 구조체에 있어서, 입사광의 편광 방향에 따라 빛의 진행 경로가 달라짐을 알 수 있다. 도 10의 관측에 사용된 프레넬 프리즘 형상의 능동형 프리즘 구조체에 있어서, 프레넬 프리즘 형상의 프리즘 어레이 템플릿의 주기는 1㎜이며, 프리즘 각도는 15도이다.
도 10의 (a)를 참조하면, 0도 편광된 빛이 입사한 경우, 즉 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향 방향과 수직인 경우, 복굴절층은 n o 의 굴절률을 가지게 되며 n p = n o 이므로, 입사한 빛은 굴절없이 직진하게 된다.
도 10의 (c)를 참조하면, 90도 편광된 빛이 입사한 경우, 즉 입사하는 빛의 편광 방향이 복굴절층의 배향 방향과 일치하는 경우, 복굴절층은 n e 의 굴절률을 가지게 되며 n p < n e 이므로, 입사한 빛은 등방상층과 복굴절층의 계면에서의 굴절률 차에 의해 굴절이 나타나며, 프레넬 프리즘 어레이로서 동작하여 직진하는 빛의 진행 경로가 꺾이게 된다.
도 10의 (b)를 참조하면, 45도 편광된 빛이 입사한 경우, x 축 편광 성분과 y축 편광 성분이 1:1의 비율로 존재하므로, x축 편광 성분은 굴절없이 직진하며, y축 편광 성분은 굴절되어 진행 경로가 꺾인다. 따라서, 두 개의 진행 경로를 가진 빛이 모두 관측된다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10, 20, 30, 40, 50, 60 : 능동형 프리즘 구조체
100, 200, 300, 400, 500, 600 :투명한 재질의 기판
110, 21, 310, 410, 510, 610 : 등방상층
120, 220, 320, 420, 520, 620 : 복굴절층

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 투명한 재질의 기판;
    사전 설정된 광굴절률(np )을 갖는 광경화성 등방상 고분자 물질(Isotropic Polymer)로 이루어져 상기 기판위에 적층된 등방상층; 및
    정상광 굴절률(no )과 이상광 굴절률(ne )을 갖는 복굴절성을 갖는 물질로 이루어져 상기 등방상층위에 적층된 복굴절층;
    을 구비하고, 상기 복굴절층은 복굴절성을 갖는 광경화성 액정상 고분자(Reactive Mesogen) 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하며,
    상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면은 프리즘의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면에서 발생하는 굴절률 차이가 입사광의 편광 방향에 따라 서로 상이한 것을 특징으로 하며,
    상기 등방상층은 상기 복굴절층의 정상광 굴절률 및 이상광 굴절률과 다른 광굴절률(np )을 갖는 광경화성 등방상 고분자 물질로 이루어지도록 구성하여, 입사광의 편광 방향에 따라 프리즘의 굴절 각도 및 방향을 제어하는 것을 특징으로 하는 능동형 프리즘 구조체.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서, 상기 능동형 프리즘 구조체는 복굴절층과 등방상층의 계면에 형성된 하부 배향막을 더 구비하고,
    상기 복굴절층을 구성하는 물질은 상기 하부 배향막에 의해 단일 방향으로 배향된 것을 특징으로 하는 능동형 프리즘 구조체.
  6. 제3항에 있어서, 상기 능동형 프리즘 구조체는 복굴절층의 표면에 적층된 상부 투명 기판을 더 구비하고,
    상기 복굴절층과 맞닿는 상부 투명 기판의 일면에는 상부 배향막이 형성된 것을 특징으로 하며,
    상기 복굴절층을 구성하는 물질은 상기 상부 배향막에 의해 단일 방향으로 배향된 것을 특징으로 하는 능동형 프리즘 구조체.
  7. 제3항에 있어서, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면에 형성되는 프리즘은 삼각형의 형상으로 이루어지며, 상기 프리즘은 단일 프리즘으로 구현되거나 프리즘 어레이로 구현된 것을 특징으로 하는 능동형 프리즘 구조체.
  8. 제3항에 있어서, 상기 등방상층과 상기 복굴절층의 계면에 형성되는 프리즘은 직각 삼각형 형상의 단일 프리즘으로 이루어지거나, 프레넬(Fresnel) 프리즘 형상의 프리즘 어레이로 이루어진 것을 특징으로 하는 능동형 프리즘 구조체.

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210031585A (ko) * 2019-09-11 2021-03-22 경북대학교 산학협력단 화각 및 가간섭성 능동제어 랜덤 굴절 소자 및 그 제조 방법
KR102427422B1 (ko) 2022-01-10 2022-07-29 정효숙 Led를 구비한 현미경용 프리즘 구조체
US12169291B2 (en) 2022-01-26 2024-12-17 Samsung Display Co., Ltd Stereoscopic image display device and a method of manufacturing the same

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111929757A (zh) * 2019-05-12 2020-11-13 奥普托图尼康苏默尔股份公司 可调棱镜
US11442199B2 (en) 2020-05-21 2022-09-13 Tcl China Star Optoelectronics Technology Co., Ltd. Optical film, manufacturing method, and application thereof
CN111552107B (zh) * 2020-05-21 2021-06-22 苏州华星光电技术有限公司 光学膜、光学膜的制备方法及应用
CN111694083A (zh) * 2020-06-15 2020-09-22 欧菲微电子技术有限公司 晶圆级偏振光学器件及其制备方法
CN114114506A (zh) * 2020-08-31 2022-03-01 宁波激智科技股份有限公司 一种保偏光学膜及一种全贴合保偏复合棱镜膜

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020037443A (ko) 2000-11-14 2002-05-21 마찌다 가쯔히꼬 반사형 표시 장치 및 프리즘 어레이 시트
KR20070026085A (ko) 2005-08-30 2007-03-08 히다치 막셀 가부시키가이샤 광학부품 및 마이크로렌즈 어레이 기판 및 그것들의제조방법
KR20140140174A (ko) * 2013-05-28 2014-12-09 경북대학교 산학협력단 입사광에 대한 편광 의존성을 가지는 집광 패턴 가변 광 소자
KR20140140661A (ko) * 2013-05-29 2014-12-10 경북대학교 산학협력단 편광 의존형 렌즈 구조체 및 그 제조 방법
KR20150068033A (ko) * 2013-12-11 2015-06-19 엘지디스플레이 주식회사 스위처블 렌즈 장치와 그를 이용한 2ｄ/3ｄ 영상 표시장치

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9335556B2 (en) * 2014-09-04 2016-05-10 Microsoft Technology Licensing, Llc Variable focal backlighting

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020037443A (ko) 2000-11-14 2002-05-21 마찌다 가쯔히꼬 반사형 표시 장치 및 프리즘 어레이 시트
KR20070026085A (ko) 2005-08-30 2007-03-08 히다치 막셀 가부시키가이샤 광학부품 및 마이크로렌즈 어레이 기판 및 그것들의제조방법
KR20140140174A (ko) * 2013-05-28 2014-12-09 경북대학교 산학협력단 입사광에 대한 편광 의존성을 가지는 집광 패턴 가변 광 소자
KR101472510B1 (ko) * 2013-05-28 2014-12-15 경북대학교 산학협력단 입사광에 대한 편광 의존성을 가지는 집광 패턴 가변 광 소자
KR20140140661A (ko) * 2013-05-29 2014-12-10 경북대학교 산학협력단 편광 의존형 렌즈 구조체 및 그 제조 방법
KR20150068033A (ko) * 2013-12-11 2015-06-19 엘지디스플레이 주식회사 스위처블 렌즈 장치와 그를 이용한 2ｄ/3ｄ 영상 표시장치

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210031585A (ko) * 2019-09-11 2021-03-22 경북대학교 산학협력단 화각 및 가간섭성 능동제어 랜덤 굴절 소자 및 그 제조 방법
KR102263949B1 (ko) 2019-09-11 2021-06-14 경북대학교 산학협력단 화각 및 가간섭성 능동제어 랜덤 굴절 소자 및 그 제조 방법
JP2022548254A (ja) * 2019-09-11 2022-11-17 キョンブク ナショナル ユニヴァーシティ インダストリー－アカデミック コオペレーション ファウンデーション 画角及びコヒーレンス能動制御ランダム屈折素子及びその製造方法
US11733571B2 (en) 2019-09-11 2023-08-22 Kungpook National University Industry-Academic Cooperation Foundation Field of view and coherence active control random refraction device and manufacturing method therefor
JP7448257B2 (ja) 2019-09-11 2024-03-12 キョンブク ナショナル ユニヴァーシティ インダストリー－アカデミック コオペレーション ファウンデーション 画角及びコヒーレンス能動制御ランダム屈折素子及びその製造方法
KR102427422B1 (ko) 2022-01-10 2022-07-29 정효숙 Led를 구비한 현미경용 프리즘 구조체
US12169291B2 (en) 2022-01-26 2024-12-17 Samsung Display Co., Ltd Stereoscopic image display device and a method of manufacturing the same

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Publication number Publication date
US10816870B2 (en) 2020-10-27
US20180239215A1 (en) 2018-08-23

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