KR102056097B1 - 편광 가변형 소자 및 이의 제조방법 - Google Patents

편광 가변형 소자 및 이의 제조방법 Download PDF

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윤영식
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Abstract

본 출원은 편광 가변형 소자 및 이의 제조방법에 대한 것이다.
본 출원에 따른 편광 가변형 소자는, 단순히 구동 전압을 변경시키는 것으로 목적하는 파장 대역의 선택적 편광 분리를 수행할 수 있다.

Description

편광 가변형 소자 및 이의 제조방법 {polarizing variable device and manufacturing method thereof}
본 출원은 편광 가변형 소자, 이의 용도 및 이의 제조방법에 대한 것이다.
선격자 편광자는 비편광된 빛을 특정 진동방향을 갖는 직선 편광으로 유도하는 광학소자의 일종이다. 일반적으로 선격자 편광자는 광 투과성 기판 상에 복수의 스트라이프 패턴이 서로 평행하게 배열된 구조를 가지며, 상기 스트라이프 패턴의 피치가 입사광의 파장보다 충분히 짧은 경우, 입사광 중에서 상기 스트라이프 패턴에 직교하는 전기장 벡터를 갖는 성분(즉, p 편광)은 투과되고, 상기 스트라이프 패턴과 평행한 전기장 벡터를 갖는 성분(즉, s 편광)은 반사 또는 흡수되어 편광이 유도되게 된다.
종래에는 이러한 선격자 편광자로 주로 알루미늄을 이용한 선격자 편광자가 사용되어 왔다. 이러한 알루미늄을 이용한 선격자 편광자에 관한 종래기술의 예로는 한국공개특허 제2002-0035587호(특허문헌1)가 있다.
이러한 선격자 편광자는 금속 와이어의 주기(피치)가 입사광의 파장에 비하여 상당히 짧아야 편광 소멸비가 높아지는데, 금속 와이어의 주기가 짧을수록 제작이 어려워 지금까지의 와이어 그리드 편광판은 주로 마이크로파 또는 적외선 영역에서 사용되어 왔다. 그러나, 최근 반도체 제조 장비와 노광 기술의 발달로 미세 패턴의 제작이 가능해짐에 따라 가시광선에서 동작하는 나노 와이어 그리드 편광판의 제조가 가능해지고 있으나, 여전히 그 제조공정 상의 어려움이나 제반 문제들이 존재한다.
특허문헌 1 : 한국공개특허 제2002-0035587
본 출원은 외부 전계의 인가 조건에 따라 목적하는 파장 대역의 선택적 편광 분리가 가능한, 편광 가변형 소자 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 출원은 또한, 상기 편광 가변형 소자의 용도를 제공한다.
본 출원은 편광 가변형 소자 및 이의 제조방법에 대한 것이다.
본 출원은 편광 분리층의 금속선이 형성되어 있지 않은 영역에, 외부 전계가 인가되는 경우 금속선 쪽으로 이동 가능한 도전성 광 차단 입자를 위치시켜, 외부 전계의 인가 여부에 따라 금속선의 두께가 변화하는 것과 동일한 효과를 달성함으로써, 목적하는 파장대역을 선택적으로 반사 및 편광 분리 할 수 있는 편광 가변 소자 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 출원에 따른 편광 가변형 소자를 이용하는 경우, 단순히 외부 전계의 인가 여부나 전계 범위를 설정함에 따라 통상 차단 모드 또는 편광 모드를 효과적으로 구현할 수 있으며, 특히 금속선의 피치를 가깝게 설계 하기 위한 복잡한 공정 없이도, 가시광 대역 및 적외선 영역의 파장을 선택적으로 반사할 수 있는 이점이 있다.
상기에서 용어 「통상 차단 모드」는 외부 전계가 인가되지 아니한 편광 가변형 소자의 구동 모드를 의미하는 것으로써, 예를 들면 400 nm 이상의 파장을 가지는 광의 상기 편광 가변형 소자에 대한 투과도가 30% 이하, 20% 이하, 10%이하 또는 5% 이하인 모드를 의미할 수 있다.
상기에서 용어 「편광 모드」는 외부 전계가 인가되는 편광 가변형 소자의 구동 모드를 의미하는 것으로써, 예를 들면 하기 수식 1로 계산되는 편광도가 0.3 이상, 0.4 이상 또는 0.5 이상인 모드를 의미할 수 있다.
[수식 1]
D1 = (Tc1-Tp1)/(Tc1+Tp1)
상기 수식 1에서 Tc1는 금속선과 직교하는 방향으로 편광된 파장이 400 nm 이상인 광의 상기 편광 가변형 소자에 대한 투과도이고, Tp1는 상기 금속선과 평행한 방향으로 편광된 파장이 400 nm 이상인 광의 상기 편광 가변형 소자에 대한 투과도이다.
도 1은 본 출원의 편광 가변형 소자의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 본 출원에 따른 편광 가변형 소자는 제 1 기판(100)과 제 2 기판(300); 및 상기 제 1 기판(100) 및 제 2 기판(300) 사이에 존재하고, 1㎛ 내지 100㎛의 피치를 가지며 배치되어 있는 금속선을 포함하는 제 1 영역(201) 및 도전성 광 차단 입자를 포함하는 제 2 영역(202)을 포함하는 편광 분리층(200)을 포함한다. 도 1과 같은 구조의 편광 가변형 소자는 외부 전계의 인가 여부에 따라 통상 차단 모드와 편광 모드를 선택적으로 구현할 수 있다.
본 출원의 제 1 기판은, 상부에 편광 분리층을 형성되기 위한 지지체 역할을 수행하는 것으로써, 그 종류는 예를 들면 고분자 필름 또는 유리 필름 등 가시광 영역에 대한 투과도가 60% 이상 또는 70% 이상인 필름 등이 예시될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 고분자 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름,폴리카보네이트 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리에틸렌 필름, 폴리 스티렌 필름, 폴리 에폭시 필름, 고리형 올레핀계 중합체(COP) 필름, 고리형 올레핀계 공중합체(COC) 필름 및 상기 필름을 구성하는 성분의 조합으로 이루어진 필름 중 선택되는 어느 하나 일 수 있다.
또한, 상기 유리 필름은 석영 필름이나 자외선 차단 유리 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 1 기판의 두께는, 예를 들면 1㎛ 내지 100㎛, 3㎛ 내지 80㎛ 또는 5㎛ 내지 50㎛의 범위 내에 있을 수 있다.
제 2 기판은, 후술하는 전극층을 지지하는 역할을 수행하며, 상기 제 1 기판과 합지되는 것으로써, 예를 들면 상기 제 1 기판의 고분자 필름에 이용되는 재료가 제한 없이 채택되어 이용될 수 있다.
본 출원에 따른 편광 가변형 소자는 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 편광 분리층을 포함한다.
편광 분리층은 또한, 금속선을 포함하는 제 1 영역 및 도전성 광 차단 입자를 포함하는 제 2 영역을 포함한다.
도 1에 구체적으로 도시된 바와 같이, 편광 분리층의 제 1 영역은 복수의 금속선으로 이루어질 수 있으며, 상기 제 1 영역 이외에 제 2 기판의 합지에 의해 형성된 빈 공간의 영역들이 제 2 영역일 수 있다. 상기 제 2 영역에는 도전성 광 차단 입자가 포함된다.
본 출원에 따른 편광 가변형 소자는, 편광 분리층의 상기 제 2 영역에 도전성 광 차단 입자를 포함하여, 외부 전계의 인가 여부에 따라 상기 도전성 광 차단 입자가 제 2 영역 내에서 무작위 적으로 분포되어 있거나, 또는 금속선 부근으로 부착될 수 있으며, 이를 통해 통상 차단 모드 또는 편광 모드를 선택적으로 구현할 수 있다.
편광 분리층은 금속선을 포함한다. 상기 금속선은, 입사되는 광 중 상기 금속선과 평행한 방향의 편광 성분은 반사시키고, 금속선과 직교한 방향의 편광 성분을 투과시키는 역할을 수행하는 것으로써, 그 소재는 통상적으로 와이드 그리드 편광자에서 이용되는 편광 분리층의 금속선을 형성하는 소재가 제한 없이 이용될 수 있다.
하나의 예시에서, 금속선은 알루미늄, 구리, 크롬, 백금, 금, 은, 니켈 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속을 포함할 수 있다.
상기 금속선은 편광 분리 기능을 수행하기 위해, 소정의 피치, 높이 및 선폭을 가진 상태로 편광 분리층에 존재할 수 있다.
본 출원에서 용어 피치(p)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 금속선 사이 간격과 금속선 선폭의 합을 의미할 수 있고, 용어 높이(h)는 제 1 기판과 접하는 부분에서부터, 금속선 최상단까지 측정되는 금속선의 두께를 의미할 수 있고, 용어 선폭(w)은 금속선의 가로 방향의 길이를 의미할 수 있다.
하나의 예시에서, 금속선의 피치는 1㎛ 내지 100㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 본 출원에 따른 편광 가변형 소자의 경우, 가시광 영역 이상의 파장을 선택적으로 편광 분리하기 위한 소자이기 때문에, 상기 범위 중 어느 한 피치를 가지도록 금속선을 배치할 수 있다. 다른 예시에서, 금속선의 피치는 1 ㎛ 내지 50㎛, 1㎛ 내지 30㎛, 1 내지 15㎛ 또는 1 내지 10㎛의 범위 내에 있을 수 있다.
하나의 예시에서, 금속선의 높이는 10nm 내지 5,000nm, 20nm 내지 1,000nm 또는 30nm 내지 500nm의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 금속선의 높이가 지나치게 높을 경우, 피치 대 높이의 비율이 가시광 이상의 파장을 선택적으로 편광 시키기 적합하지 않을 수 있고, 높이가 지나치게 작을 경우 제작상의 문제가 발생할 수 있으며, 또한 편광 효율이 저해될 수 있다.
하나의 예시에서, 금속선의 선폭은 10nm 내지 2,000nm, 10nm 내지 1,000nm 또는 10nm 내지 500nm의 범위 내에 있을 수 있다. 금속선의 선폭이 지나치게 두꺼울 경우, 동일한 피치 값 하에 외부 전계의 인가 여부에 따른 선택적 편광 기능이 제대로 발현되지 않을 수 있고, 또한 지나치게 얇은 선폭의 금속선은 제작의 용이성을 떨어뜨릴 수 있다.
상기 금속선의 피치, 높이 및 선폭 이외에, 종횡비 라던가 또는 필 펙터(fill factor) 등의 수치는 금속선을 포함하는 편광 분리층을 포함하는 편광 가변형 소자가 목적하는 가시광 파장 이상의 편광 특성을 확보할 수 있도록 하는 범위이고, 상기 피치, 높이 및 선폭을 만족하는 범위 내에서 당업자가 자유롭게 설계 변경 수 있다.
편광 분리층은 또한, 제 2 영역을 포함한다. 상기 제 2 영역은 도전성 광 차단 입자를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제 2 영역은 전극층이 형성된 제 2 기판이 제 1 기판과 합지하여 형성된 영역을 지칭하며, 또한 편광 분리층 내 금속선을 포함하는 제 1 영역 이외의 빈 공간을 의미할 수 있다.
상기에서 용어 「도전성 광 차단 입자」는, 가시광 이상의 파장에 대한 투과율이 30% 이하인 입자로써, 그 표면이 음전하 또는 양전하를 띄고 있어, 후술하는 전극층과 금속선을 매개로 외부 전계를 인가하는 경우, 상기 금속선 부근으로 이동하여 금속선이 실질적으로 두꺼워 지는 것과 동일한 효과를 구현하게 하는 역할을 수행하는 입자를 의미한다.
하나의 예시에서, 상기 도전성 광 차단 입자는 제 2 영역 내에 분산된 상태로 존재할 수 있다.
전술한 바와 같이, 도전성 광 차단 입자는 그 표면이 음전하 또는 양전하로 대전되어 있기 때문에, 그 자체의 인력 또는 척력에 의해 뭉치거나 흩어질 수 있는데, 본 출원에 따른 제 2 영역에 포함되는 도전성 광 차단 입자는 동일한 전하 특성을 가지고 있는 것으로써, 자체 척력에 의해 소정 간격을 두고 분산되어 있을 수 있다.
하나의 예시에서, 도전성 광 차단 입자는 음전하 또는 양전하를 띄고 있는 입자일 수 있다.
상기 도전성 광 차단 입자가 음전하 또는 양전하를 띄게 하는 방법은, 예를 들면 광 차단 입자에 음전하 또는 양전하 특성을 부여할 수 있는 물질을 코팅하는 것을 포함할 수 있다.
구체적인 예시에서, 도전성 광 차단 입자는, 광 차단 물질을 포함하는 코어와 상기 코어를 둘러쌓고 있으며, 양전하 또는 음전하를 띄고 있는 유기 화합물 또는 배위 화합물이 존재하는 쉘을 포함하는 코어/쉘 구조의 입자일 수 있다. 상기 유기 화합물은, 예를 들면 카복실기, 에스터기, 또는 아실기 등을 포함할 수 있으며, 상기 배위 화합물은 아민기, 티올기, 또는 포스핀 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 도전성 광 차단 입자는 그 입경이, 1㎛ 이하일 수 있다. 도전성 광 차단 입자의 입경이 1㎛를 초과할 경우, 입자들이 제 2 영역 내에 고르게 분산되어 있을 수 없으며, 그에 따라 편광 가변형 소자의 구동 자체가 불가할 수 있는 문제가 있을 수 있다.
다른 예시에서, 상기 도전성 광 차단 입자의 입경은 0.001 ㎛ 내지 0.1㎛ 또는 0.001 ㎛ 내지 0.01㎛의 범위 내에 있을 수 있다.
이러한 도전성 광 차단 입자는, 예를 들면 도전성 카본 블랙, 도전성 그라파이트 또는 도전성 탄소 나노 튜브 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 도전성 카본 블랙, 도전성 그라파이트 또는 도전성 탄소 나노 튜브는, 예를 들면 공지의 카본 블랙, 그라파이트 또는 탄소 나노 튜브 상에 전술한 유기 화합물 또는 배위 화합물 등의 양전하 또는 음전하 특성을 부여할 수 있는 화합물을 코팅하는 방법 등으로 그 표면에 대전성이 부여된 것일 수 있다.
도전성 광 차단 입자는, 제 2 영역 내에 소정 부피 비율로 포함되어 있을 수 있다. 상기 도전성 광 차단 입자의 부피가 제 2 영역의 빈 공간을 지나치게 많이 차지할 경우, 외부 전계의 인가 여부에 상관없이 통상 차단 모드가 구현되어 목적하는 편광 분리 특성을 확보할 수 없다. 또한, 상기 도전성 광 차단 입자의 부피가 제 2 영역의 빈 공간을 지나치게 적게 차지할 경우, 목적하는 파장 대역에 대한 편광도가 크게 저하될 수 있다.
하나의 예시에서, 도전성 광 차단 입자는 편광 분리층 내 제 2 영역의 전체 부피 대비 0.5% 내지 30%의 부피 비율을 차지할 수 있는 양으로 제 2 영역 내에 존재할 수 있다. 상기 부피 비율 범위 내에서 외부 전계의 인가 여부에 따라 목적하는 파장 대역, 구체적으로 가시광 이상의 파장 대역에 대한 편광 분리 특성을 확보할 수 있다. 특히, 도전성 광 차단 입자를 상기 부피 비율 범위 내로 제 2 영역에 포함시키는 경우, 낮은 외부 전계 인가 조건에서도, 목적하는 가시광 이상의 파장 대역에 대한 편광 분리 특성을 확보할 수 있다는 이점이 있을 수 있다.
다른 예시에서, 도전성 광 차단 입자는 편광 분리층 내 제 2 영역의 전체 부피 대비 0.5% 내지 25% 또는 0.5% 내지 20%의 부피 비율을 차지할 수 있는 양으로 제 2 영역 내에 존재할 수 있다.
편광 분리층의 제 2 영역은 또한, 도전성 광 차단 입자를 분산시키기 위한 분산매를 추가로 포함할 수 있다.
상기 분산매는 도전성 광 차단 입자를 제 2 영역 내에서 분산시키기 위한 구성으로써, 그 종류는 상기 역할을 수행할 수 있는 공지의 용매가 제한 없이 이용될 수 있다.
하나의 예시에서, 분산매는 제 2 영역의 도전성 광 차단 입자가 제 2 영역 내에서 효과적으로 분산되어 있을 수 있도록 에멀젼 상태의 용액을 형성할 수 있는 용매, 예를 들면 폴리 에틸렌 글리콜 또는 폴리 프로필렌 글리콜 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원에 따른 편광 가변형 소자는 또한, 전극층을 추가로 포함한다. 상기 전극층은 또한 편광 분리층과 접하고 있을 수 있다.
보다 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이 전극층(400)은 제 2 기판(300)의 하면에 형성되어 있으며, 편광 분리층(200)과 접하고 있을 수 있다. 또한, 상기 편광 분리층(200)과 전극층(400)의 접함으로 인하여, 제 2 영역(202)이 형성될 수 있다.
상기 전극층은 금속선과 함께 양극 또는 음극의 역할을 수행하는 것으로써, 예를 들면 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노와이어 또는 ITO(Indium Tin Oxide)을 포함할 수 있다.
상기 전극층은, 예를 들면 전술한 물질들 중 어느 한 물질을 코팅하여 형성한 코팅층이거나 또는 전술한 물질들 중 어느 한 물질을 증착하여 형성한 증착층 일 수 있다.
구체적인 예시에서, 전극층은 ITO를 포함하는 증착층 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 전극층은 전술한 편광 분리층 내 금속선과 전극으로 역할을 수행하며, 편광 가변형 소자에 외부 전계를 인가하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 외부 전계의 세기에 따라 도전성 광 차단 입자가 금속선에 부착되는 양이 달라지고, 이에 따라 금속선의 두께가 실질적으로 변경되는 것과 동일한 효과를 달성할 수 있으며, 궁극적으로 목적하는 파장 대역의 광을 선택적으로 편광 분리 할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원에 따른 편광 가변형 소자는 외부 전계가 10V 내지 1000V의 범위 내로 인가되는 경우, 하기 수식 2로 계산되는 편광도가 0.50 내지 0.98의 범위 내에 있을 수 있다.
[수식 2]
D2 = (Tc2-Tp2)/(Tc2+Tp2)
상기 수식 1에서 Tc2는 금속선과 직교하는 방향으로 편광된 400 nm 이상의 파장의 광의 상기 편광 가변형 소자에 대한 투과도이고, Tp2는 상기 금속선과 평행한 방향으로 편광된 400 nm 이상의 파장의 광의 상기 편광 가변형 소자에 대한 투과도이다.
다른 예시에서, 상기 수식 2로 계산되는 편광도는 0.60 내지 0.98 또는 0.70 내지 0.98의 범위 내에 있을 수 있다.
본 출원에 따른 편광 가변형 소자는, 편광 분리층의 제 2 영역에 소정 함량의 도전성 광 차단 입자를 포함시킴으로써, 낮은 구동 전압, 예를 들면 10V 내지 100V 범위 내의 외부 전계 조건에서 상기와 같은 편광도를 달성할 수 있다.
본 출원은 또한, 편광 가변형 소자의 제조방법에 대한 것이다. 본 출원에 따른 편광 가변형 소자의 제조방법에 따르면 외부 전계의 인가 여부에 따라 통상 차단 모드와 편광 모드를 선택적으로 구현할 수 있는 편광 가변형 소자가 제조될 수 있으며, 이러한 편광 가변형 소자는, 예를 들면 스마트 윈도우 등에 적용될 수 있다.
즉, 본 출원은 제 1 기판 상에 형성되어 있고, 금속선이 형성되어 있는 제 1 영역 및 상기 제 1 영역 이외에 형성되어 있는 제 2 영역을 포함하는 편광 분리층의 상기 제 2 영역에 도전성 광 차단 입자을 위치시키는 단계를 포함하고, 외부 전계의 인가 여부에 따라 통상 차단 모드 또는 편광 모드를 구현하는 편광 가변형 소자의 제조방법에 대한 것이다.
본 출원에 따른 편광 가변형 소자의 제조방법은, 편광 분리층의 금속선이 형성되어 있지 않은 제 2 영역에 도전성 광 차단 입자를 위치시키는 단계를 포함함으로써, 외부 전계의 인가 여부에 따라 통상 차단 모드 또는 편광 모드를 구현할 수 있다.
상기 도전성 광 차단 입자를 편광 분리층의 제 2 영역에 위치시키는 방법은, 예를 들면 제 1 기판 상에 금속선을 형성한 후, 상기 금속선이 형성되어 있지 않은 영역에 도전성 광 차단 입자를 포함하는 용액을 위치시키는 것을 포함할 수 있다.
다른 예시에서, 상기 도전성 광 차단 입자를 편광 분리층의 제 2 영역에 위치시키는 방법은, 제 1 기판 상에 금속선을 형성하고, 제 2 기판 상에 전극층을 형성한 후, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판을 합지한 상태에서 도전성 광 차단 입자를 포함하는 용액을 주입하는 것을 포함할 수 있다.
상기 도전성 광 차단 입자를 포함하는 용액 내 도전성 광 차단 입자의 함량은, 예를 들면 0.5wt% 내지 30wt%의 범위 내에 있을 수 있다.
다른 예시에서, 도전성 광 차단 입자를 포함하는 용액 내 도전성 광 차단 입자의 함량은, 예를 들면 0.5wt% 내지 25wt% 또는 0.5wt% 내지 20wt%의 범위 내에 있을 수 있다.
본 출원에 따른 편광 가변형 소자의 제조방법은 편광 분리층이 형성되어 있는 제 1 기판과 전극층이 형성되어 있는 제 2 기판을 합지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 합지하는 단계는 편광 분리층의 제 2 영역에 도전성 광 차단 입자를 위치시키기 전 또는 위치시킨 후에 수행될 수 있다.
또한, 상기 합지하는 단계 이전에 제 1 기판 상에 금속선을 형성하여, 금속선을 포함하는 제 1 영역 및 상기 제 1 영역 이외에 형성되어 있는 제 2 영역을 포함하는 편광 분리층을 형성하는 단계 또는 제 2 기판 상에 전극층을 형성하는 단계 등이 수행될 수 있다.
상기 제 1 기판 상에 편광 분리 특성을 가지는 금속선을 형성하는 방법은 공지이며, 예를 들면 국제 공개 특허 공보 WO2013-095062 등에 개시되어 있는 방법은 제한 없이 이용할 수 있다.
상기와 같은 단계를 거치는 경우, 제 2 영역에 도전성 광 차단 입자가 위치할 수 있다. 또한 상기와 같이, 제 2 영역에 도전성 광 차단 입자를 위치시키는 경우, 편광 가변형 소자는 통상 차단 모드와 편광 모드를 선택적으로 구현할 수 있다.
보다 구체적으로, 외부 전계가 인가되지 않는 경우 제 2 영역에 도전성 광 차단 입자는 그 자체의 척력으로 제 2 영역 내에서 분산되어 있을 수 있고, 상기 광 차단 입자의 광 차단 특성에 기인하여, 편광 가변형 소자를 투과하는 광을 차단함으로써, 편광 가변형 소자의 통상 차단 모드가 구현될 수 있다.
또한, 전극층 및 금속선을 매개로 외부 전계가 인가되는 경우, 상기 도전성 광 차단 입자는 금속선 부근으로 이동하여, 금속선 사이의 피치가 실질적으로 작아지는 것과 동일한 효과를 구현할 수 있으며, 이로 인해 편광 가변형 소자의 편광 모드가 구현될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기와 같은 방법에 따라 제조된 편광 가변형 소자는 외부 전계가 10V 내지 100V의 범위 내로 인가되는 경우, 하기 수식 2로 계산되는 편광도가 0.50 내지 0.98의 범위 내에 있을 수 있다.
[수식 2]
D2 = (Tc2-Tp2)/(Tc2+Tp2)
상기 수식 2에서 Tc2는 금속선과 직교하는 방향으로 편광된 400 nm 이상의 파장의 광의 상기 편광 가변형 소자에 대한 투과도이고, Tp2는 상기 금속선과 평행한 방향으로 편광된 400 nm 이상의 파장의 광의 상기 편광 가변형 소자에 대한 투과도이다.
본 출원에 따른 편광 가변형 소자의 제조방법은 또한, 제 1 기판과 제 2 기판을 합지 한 후, 측면을 실링하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 출원은 또한, 편광 가변형 소자의 용도, 예를 들면 편광 가변형 소자를 포함하는 스마트 윈도우에 대한 것이다.
본 출원에 따른 편광 가변형 소자 외부 전계의 인가 여부에 따라, 목적하는 파장 대역의 광을 편광 분리할 수 있다.
특히, 본 출원에 따른 편광 가변형 소자는 복합한 편광 분리층의 설계 공정 없이 단순히 전계의 인가를 통해, 가시광 대역 파장 이상의 광을 선택적으로 편광 분리할 수 있다.
도 1은 본 출원에 따른 편광 가변형 소자의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 출원에 따른 편광 분리층 내 금속선의 피치, 높이 및 선폭을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은, 구동 전압 20V에서의 광 가변형 소자의 현미경 사진을 도시한 것이다.
도 4는, 구동 전압 40V에서의 광 가변형 소자의 현미경 사진을 도시한 것이다.
이하, 본 출원에 따른 편광 가변형 소자에 대하여, 실시예 및 비교예를 들어 보다 구체적으로 설명하나 하기 예시는 본 출원에 따른 일례에 불과할 뿐, 본 출원의 기술적 사상을 제한하는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 사람에게 자명하다.
실시예 1 - 편광 가변형 소자의 제조
ITO가 증착된 PET 기재와 알루미늄 전극선이 약 5㎛ 피치를 가지고 형성되어 있는 석영 기재를 합지시키고, 상기 두 기재 사이에 표면이 음전하를 띄는 카본 블랙 입자를 포함하는 용액(용매 : Isopar G, 카본 블랙 입자 함량 : 3.5 wt%)을 주입한 후 측면을 실런트로 밀봉하여, 도 1과 같은 구조의 편광 가변형 소자를 제조하였다. 편광 가변형 소자 내 알루미늄 전극선의 높이는 1㎛이고, 폭은 50nm이다.
실험예 1. 구동 전압에 따른 편광 가변형 소자의 현미경 사진
실시예 1에 따른 편광 가변형 소자의 구동 전압에 따라, 도전성 광 차단 입자가 금속선 주위로 몰려드는지 여부를 관찰하기 위하여, 각각 20V 및 40V에서의 현미경 이미지를 측정하였고, 그 결과를 도 3 및 도 4에 도시하였다.
도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 구동 전압에 증가할수록, 금속선 주위로 음전하를 띄는 카본블랙 입자가 모여드는 것을 확인할 수 있어, 전압이 증가함에 따라, 금속선의 피치 값이 줄어드는 것과 실질적으로 동일한 효과를 달성할 수 있음을 확인할 수 있었다.
100 : 제 1 기판
200 : 편광 분리층
201 : 제 1 영역
202 : 제 2 영역
300 : 제 2 기판

Claims (15)

  1. 제 1 기판과 제 2 기판; 및
    상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 존재하고, 1㎛ 내지 100㎛의 피치를 가지며 배치되어 있는 금속선을 포함하는 제 1 영역 및 도전성 광 차단 입자를 포함하는 제 2 영역을 포함하는 편광 분리층을 포함하고, 외부 전계의 인가 여부에 따라 통상 차단 모드 또는 편광 모드를 구현하며,
    상기 금속선의 선폭은 10nm 내지 2,000nm의 범위 내에 있는 편광 가변형 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    금속선의 피치는 1㎛ 내지 50㎛의 범위 내에 있는 편광 가변형 소자.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    금속선은 알루미늄, 구리, 크롬, 백금, 금, 은, 니켈 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속을 포함하는 편광 가변형 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    도전성 광 차단 입자는 도전성 카본 블랙, 그라파이트 또는 탄소 나노 튜브인 편광 가변형 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    도전성 광 차단 입자는 입경이 1㎛ 이하인 편광 가변형 소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    도전성 광 차단 입자는 편광 분리층 내 제 2 영역의 전체 부피 대비 0.1% 내지 30%의 부피 비율을 차지할 수 있는 양으로 제 2 영역 내에 존재하는 편광 가변형 소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    제 2 영역은 도전성 광 차단 입자를 분산시키기 위한 분산매를 추가로 포함하는 편광 가변형 소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 존재하는 전극층을 추가로 포함하고, 상기 전극층은 편광 분리층가 접하고 있는 편광 가변형 소자.
  10. 제 9항에 있어서,
    전극층은 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노와이어 또는 ITO(Indium Tin Oxide)를 포함하는 증착층인 편광 가변형 소자.
  11. 제 1항에 있어서,
    외부 전계가 10V 내지 100V의 범위 내로 인가되는 경우, 하기 수식 2로 계산되는 편광도가 0.50 내지 0.98의 범위 내에 있는 편광 가변형 소자:
    [수식 2]
    D2 = (Tc2-Tp2)/(Tc2+Tp2)
    상기 수식 2에서 Tc2는 금속선과 직교하는 방향으로 편광된 400 nm 이상의 파장의 광의 상기 편광 가변형 소자에 대한 투과도이고, Tp2는 상기 금속선과 평행한 방향으로 편광된 400 nm 이상의 파장의 광의 상기 편광 가변형 소자에 대한 투과도이다.
  12. 제 1 기판 상에 형성되어 있고, 금속선이 형성되어 있는 제 1 영역 및 상기 제 1 영역 이외에 형성되어 있는 제 2 영역을 포함하는 편광 분리층의 상기 제 2 영역에 도전성 광 차단 입자을 위치시키는 단계를 포함하고, 외부 전계의 인가 여부에 따라 통상 차단 모드 또는 편광 모드를 구현하며,
    상기 금속선의 선폭은 10nm 내지 2,000nm의 범위 내에 있는 편광 가변형 소자의 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    편광 분리층이 형성되어 있는 제 1 기판과 전극층이 형성되어 있는 제 2 기판을 합지하는 단계를 포함하는 편광 가변형 소자의 제조방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    외부 전계가 10V 내지 100V의 범위 내로 인가되는 경우, 하기 수식 2로 계산되는 편광도가 0.50 내지 0.98의 범위 내에 있는 편광 가변형 소자의 제조방법:
    [수식 2]
    D2 = (Tc2-Tp2)/(Tc2+Tp2)
    상기 수식 2에서 Tc2는 금속선과 직교하는 방향으로 편광된 400 nm 이상의 파장의 광의 상기 편광 가변형 소자에 대한 투과도이고, Tp2는 상기 금속선과 평행한 방향으로 편광된 400 nm 이상의 파장의 광의 상기 편광 가변형 소자에 대한 투과도이다.
  15. 제 1항의 편광 가변형 소자를 포함하는 스마트 윈도우.
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