KR102079137B1 - 광고립 소자 - Google Patents

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KR102079137B1
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Abstract

본 출원은, 광고립 소자에 대한 것이다. 본 출원의 광고립 소자는 광고립도가 우수하고, 구동시 별도의 외력이 요구되지 않을 수 있다. 이러한 광고립 소자는, 예를 들면, 광통신이나 레이저 광학 분야, 보안, 사생활 보호 분야, 디스플레이의 휘도 향상 또는 은폐 엄폐용 등의 다양한 용도에 적용될 수 있다.

Description

광고립 소자{OPTICAL ISOLATING DEVICE}
본 출원은, 2017년 10월 20일에 대한민국 특허청에 제출된 특허출원 제10-2017-0136742호의 출원일의 이익을 주장하고, 그 내용 전부는 본 출원에 포함된다.
본 출원은 광고립 소자에 대한 것이다.
광고립 장치는, 정 방향에서의 광 투과율이 역 방향에서의 광 투과율에 비하여 높은 장치이고, 광 다이오드(optical diode)라고도 불린다. 광고립 장치는, 광통신이나 레이저 광학 분야에서 불필요한 반사광을 막는 것에 사용될 수 있다. 또한, 광고립 장치는 건물 또는 자동차 유리에 적용되어 보안이나 사생활 보호 등에 사용될 수도 있다. 광고립 장치는 또한 다양한 디스플레이에서의 휘도 향상용으로 적용될 수 있고, 은폐 엄폐용 군용 제품 등에도 적용될 수 있다.
광고립 장치로는, 패러데이 광고립 장치가 알려져 있다. 패러데이 광고립 장치는, 각각의 흡수축이 서로 45 도를 이루도록 배치된 제1 및 제2 편광자와, 이들 사이에 배치된 패러데이 회전자를 포함한다. 제1 편광자를 통과하여 선편광된 입사광을 패러데이 회전자는 45 도 회전시키고, 회전된 광은 제2 편광자를 투과하게 된다(Forward direction). 반대로 제2 편광자를 투과한 선편광된 광은 패러데이 회전자에 의해 45 도 회전하게 되면, 제1 편광자의 흡수축과 평행하게 되기 때문에, 제1 편광자를 투과할 수 없다(Backward direction).
패러데이 광고립 장치는, 구동을 위해 매우 큰 외부 자기장이 필요하고, 고가의 재료가 적용되어야 하기 때문에 대면적화 등이 곤란하다.
본 출원은 정 방향구동을 위한 외부 자기장이 요구되지 않고, 저가로 제조될 수 있으며, 대면적화가 가능한 광고립 소자를 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.
본 출원에서, 용어 「광고립 소자」는, 어느 한 방향의 입사광의 투과율이 그와는 다른 방향의 입사광의 투과율 보다 크게 되도록 구성된 소자를 의미할 수 있다. 광고립 소자에서, 입사광의 투과율이 큰 방향은 정 방향(Forward direction)으로 호칭될 수 있고, 작은 방향은 역 방향(Backward direction)으로 호칭될 수 있다. 상기에서, 정 방향과 역 방향은 서로 약 160 도 내지 약 200 도 정도의 각도를 이룰 수 있다. 상기 각도는, 예를 들어, 약 165 도 이상, 170 도 이상, 175 도 이상일 수 있고, 약 195 도 이하, 약 190 도 이하, 약 185 도 이하일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 후술하는 입광면은 상기 정 방향으로 진행하는 광이 입사되는 면을 의미할 수 있다. 그리고, 후술하는 출광면은 상기 역 방향으로 진행하는 광이 입사되는 면을 의미할 수 있다.
본 명세서에서 용어 「투과율」, 「위상차값」, 「반사율」 및 「굴절률」 등의 광학적 물성의 기준 파장은, 광고립 장치를 사용하여 고립하고자 하는 광에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 광고립 장치를 가시광 영역의 광을 고립시키고자 하는 경우, 상기 투과율 등의 기준 파장은, 예를 들면, 400 nm 내지 700 nm의 범위 내의 어느 한 파장 또는 약 550 nm 파장의 광을 기준으로 한 수치이다. 다른 예시에서, 적외선 영역의 광을 고립시키고자 하는 경우, 상기 투과율 등의 기준 파장은, 예를 들면, 1000 nm의 파장의 광을 기준으로 정해질 수 있다. 또 다른 예시에서, 자외선 영역의 광을 고립시키고자 하는 경우, 상기 투과율 등의 기준 파장은, 예를 들면, 250 nm의 파장을 기준으로 정해질 수 있다.
본 출원에서 용어 「입사각」은, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 입광면 또는 출광면의 법선을 기준으로 측정된 각도 중 절대값이 작은 각도이다. 또한, 본 출원에서 용어 「출사각」은, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 입광면 또는 출광면의 법선을 기준으로 측정된 각도 중 절대값이 작은 각도이다. 상기에서, 법선을 기준으로 시계 방향으로 측정된 각도는 양수로 표시될 수 있고, 반시계 방향으로 측정된 각도는 음수로 표시될 수 있다.
본 출원에서, 각도를 나타내는 값은 오차 범위를 고려한 값일 수 있다. 각도를 나타내는 값은 예를 들어, 수직, 평행, 입사각, 출사각 및/또는 경사각 등을 의미할 수 있고, 상기 오차 범위는 ±10 도 이내, ±9 도 이내, ±8 도 이내, ±7 도 이내, ±6 도 이내, ±5 도 이내, ±4 도 이내, ±3 도 이내, ±2 도 이내, 또는 ±1 도 이내일 수 있다.
본 출원은 광고립 소자에 관한다. 본 출원의 광고립 소자는, 각각 입광면과 출광면을 포함하는 제1 광로 변경 소자, 제2 광로 변경 소자 및 제3 광로 변경 소자를 상기 순서로 포함한다. 또한, 상기 제1 광로 변경 소자는 홀로그래픽 소자일 수 있다.
본 출원에서, 용어 「입광면」 및 「출광면」에 대한 설명은 전술한 바와 같다.
본 출원에서, 용어 「광로 변경 소자」는 입사광을 굴절, 회절 또는 반사시켜서, 입사광의 진행 경로를 변경할 수 있는 소자를 의미할 수 있다.
본 출원에서, 용어 「홀로그래피」란, 홀로그램이라 불리우는 3차원 상을 재생하기 위해 감광 매질에 간섭 패턴을 형성하는 기술을 의미할 수 있다. 또한, 용어 「홀로그래픽 소자(HOE, holographic optical element)」란, 상기와 같이 간섭 패턴이 형성된 감광 매질을 포함하는 소자를 뜻할 수 있다. 구체적으로, 홀로그래픽 소자는 감광(photosensitive) 입자를 가지는 필름에 기록광을 이용하여 간섭 패턴을 기록한 소자를 의미할 수 있다. 상기에서 간섭 패턴은 홀로그래픽 소자에 조사된 재생광을 회절 시킬 수 있는 회절 격자의 역할을 할 수 있다. 또한, 간섭 패턴은 주기적으로 반복될 수 있다.
홀로그래픽 소자는, 기록 매질로서 감광 재료를 포함할 수 있다. 감광 재료는 기록광의 조사에 의해 간섭 패턴이 기록될 수 있는 재료이면, 그 종류는 특별히 제한되지 않으며, 감광 재료로 기능할 수 있는 것으로 알려진 물질이 적용될 수 있다. 상기 감광 재료로는, 예를 들어, 포토폴리머(photopolymer), 포토레지스트(photoresist), 실버 팔라이드 에멀젼(silver halide emulsion), 중크롬산 젤라틴(dichromated gelatin), 포토그래픽 에멀젼(photographic emulsion), 포토써모플라스틱(photothermoplastic) 또는 광회절(photorefractive) 재료가 적용될 수 있다.
홀로그래픽 소자는 예를 들면, 감광 재료(예를 들어, 포로폴리머)만으로 이루어진 필름 형태일 수도 있고, 또는 기재(substrate)와 포토폴리머의 층을 합지한 형태 등의 중층 구조의 필름 형태일 수도 있다.
본 출원에서, 「제1 광로 변경 소자」란, 소정의 입사각으로 입사된 광을 입사각과는 다른 각도의 출사각으로 출사시킬 수 있는 광학 소자를 의미할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술한다.
하나의 예시에서, 제1 광로 변경 소자는, 제1 각도의 입사각으로 입사된 광을 제2 각도의 출사각으로 출사시킬 수 있도록 구성된 소자일 수 있다. 상기 제1 각도 및 상기 제2 각도는 서로 다른 각도일 수 있다. 상기 제1 각도는 -90 도 초과이면서 90 도 미만일 수 있다. 상기 제1 각도는, 다른 예시에서, -80 도 이상, -70 도 이상, -60 도 이상, -50 도 이상, -40 도 이상, -30 도 이상, -20 도 이상, -10 도 이상 또는 -5 도 이상 일 수 있고, 80 도 이하, 70 도 이하, 60 도 이하, 50 도 이하, 40 도 이하, 30 도 이하, 20 도 이하, 10 도 이하 또는 5 도 이하 일 수 있으며, 약 0 도일 수 있다.
상기 제2 각도는, 0 도 초과이면서 90 도 미만일 수 있다. 상기 제2 각도는, 다른 예시에서, 5 도 이상, 10 도 이상, 15 도 이상, 20 도 이상 또는 25 도 이상일 수 있고, 85 도 이하, 80 도 이하, 75 도 이하, 70 도 이하, 65 도 이하, 60 도 이하, 55 도 이하, 50 도 이하, 45 도 이하, 40 도 이하 또는 35 도 이하일 수 있으며, 약 30 도일 수도 있다.
상기 제2 각도는, 다른 예시에서, -90 도 초과이면서 0 도 미만일 수 있다. 제2 각도는, 다른 예시에서, -5 도 이하, -10 도 이하, -15 도 이하, -20 도 이하 또는 -25 도 이하일 수 있고, -85 도 이상, -80 도 이상, -75 도 이상, -70 도 이상, -65 도 이상, -60 도 이상, -55 도 이상, -50 도 이상, -45 도 이상, -40 도 이상 또는 -35 도 이상일 수 있으며, 약 -30 도일 수 있다.
하나의 예시에서, 제2 광로 변경 소자는, 입광면 또는 출광면에 상기 제2 각도의 입사각으로 입사된 광은 투과시키고, 제3 각도의 입사각으로 입광면 또는 출광면에 입사된 광은 해당 입사광의 방향과 평행한 방향으로 반사시킬 수 있도록 구성된 소자일 수 있다. 즉, 상기 제2 광로 변경 소자는 출광면에 상기 제3 각도의 입사각으로 입사된 광을 상기 제3 각도와 동일한 각도이되 반대의 방향으로 출사시키도록 구성된 소자일 수 있다. 상기 제2 각도 및 상기 제3 각도는 서로 다른 각도일 수 있으며, 상기 제2 각도는 전술한 바와 같을 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제3 각도는, 0 도 초과이면서 90 도 미만일 수 있다. 상기 제3 각도는, 다른 예시에서 5 도 이상, 10 도 이상, 15 도 이상, 20 도 이상 또는 25 도 이상일 수 있고, 85 도 이하, 80 도 이하, 75 도 이하, 70 도 이하, 65 도 이하, 60 도 이하, 55 도 이하, 50 도 이하, 45 도 이하, 40 도 이하 또는 35 도 이하일 수 있고, 약 30도일 수도 있다. 또 다른 예시에서, 상기 제3 각도는, -90 도 초과이면서 0 도 미만일 수 있다. 제3 각도는, 다른 예시에서 -5 도 이하, -10 도 이하, -15 도 이하, -20 도 이하 또는 -25 도 이하일 수 있고, -85 도 이상, -80 도 이상, -75 도 이상, -70 도 이상, -65 도 이상, -60 도 이상, -55 도 이상, -50 도 이상, -45 도 이상, -40 도 이상 또는 -35 도 이상일 수 있고, 약 -30 도일 수도 있다.
하나의 예시에서, 제3 광로 변경 소자는 입광면에 상기 제2 각도의 입사각으로 입사된 광을 제4 각도의 출사각으로 출사시킬 수 있고, 출광면에 상기 제4 각도의 입사각으로 입사된 입사광을 상기 제2 각도 또는 상기 제3 각도의 출사각으로 분할하여 출사시킬 수 있도록 구성된 소자일 수 있다.
상기에서 제3 광로 변경 소자의 출광면에 상기 제4 각도의 입사각으로 입사되는 광의 광량 대비, 제3 광로 변경 소자에서 상기 제2 각도의 출사각으로 출사되는 광의 광량은 95 % 이하일 수 있다. 상기 비율은, 다른 예시에서, 약 90 % 이하, 약 85 % 이하, 약 80 % 이하, 약 75 % 이하, 약 70 % 이하, 약 65 % 이하, 약 60 % 이하, 또는 약 55 % 이하일 수 있지만, 이제 특별히 한정되는 것은 아니다. 상기 비율의 하한은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 0 % 초과, 약 5 % 이상, 약 10 % 이상, 약 15 % 이상, 약 20 % 이상, 약 25 % 이상, 약 30 % 이상, 약 35 % 이상, 약 40 % 이상, 약 45 % 이상일 수 있다. 그리고, 다른 예시에서, 상기 비율은 약 50 % 정도일 수 있다.
상기에서, 제3 광로 변경 소자의 출광면에 상기 제4 각도의 입사각으로 입사되는 광의 광량 대비, 제3 광로 변경 소자에서 상기 제3 각도의 출사각으로 출사되는 광의 광량은 5 % 이상일 수 있다. 상기 비율은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어, 약 10 % 이상, 약 15 % 이상, 약 20 % 이상, 약 25 % 이상, 약 30 % 이상, 약 35 % 이상, 약 40 % 이상, 또는 약 45 % 이상일 수 있다. 또한, 상기 비율의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 100 % 미만, 약 95 % 이하, 약 90 % 이하, 약 85 % 이하, 약 80 % 이하, 약 75 % 이하, 약 70 % 이하, 약 65 % 이하, 약 60 % 이하, 또는 약 55 % 이하일 수 있다. 그리고, 다른 예시에서, 상기 비율은 약 50 % 정도일 수 있다.
상기 제4 각도는 -80 도 이상, -70 도 이상, -60 도 이상, -50 도 이상, -40 도 이상, -30 도 이상, -20 도 이상, -10 도 이상 또는 -5 도 이상 일 수 있고, 80 도 이하, 70 도 이하, 60 도 이하, 50 도 이하, 40 도 이하, 30 도 이하, 20 도 이하, 10 도 이하 또는 5 도 이하 일 수 있으며, 약 0 도일 수도 있다.
광고립 소자는, 상기 제1 각도 및 상기 제4 각도의 차이의 절대값이 0 도 내지 10 도의 범위 내가 되도록 구성될 수 있다. 상기 값은, 다른 예시에서, 9 도 이하, 8 도 이하, 7 도 이하, 6 도 이하, 5 도 이하, 4 도 이하, 3 도 이하, 2 도 이하 또는 1 도 이하일 수 있다. 따라서, 상기 제1 각도 및 상기 제4 각도는, 실질적으로 서로 동일할 수 있다.
광고립 소자는, 상기 제2 각도와 상기 제3 각도의 합계의 절대값이 0 도 내지 10 도의 범위 내가 되도록 구성될 수 있다. 상기 값은, 다른 예시에서, 9 도 이하, 8 도 이하, 7 도 이하, 6 도 이하, 5 도 이하, 4 도 이하, 3 도 이하, 2 도 이하 또는 1 도 이하일 수 있다. 따라서, 상기 제2 각도 및 상기 제3 각도는, 서로 부호가 반대이면서, 그 수치는 실질적으로 서로 동일할 수 있다.
광고립 소자는, 입사광 또는 출사광이 상기한 제1 각도 내지 제4 각도를 만족할 수 있도록 구성된 소자들을 포함함으로써, 입광면으로 입사된 광(정 방향)의 투과율이 출광면으로(역 방향) 입사된 광의 투과율 보다 높은 소자를 구현할 수 있다. 즉, 양 방향으로 입사되는 광의 투과율이 비대칭인 광학 소자를 구현할 수 있다.
하나의 예시에서, 제1 광로 변경 소자의 출광면과 제2 광로 변경 소자의 입광면, 그리고 제2 광로 변경 소자의 출광면과 제3 광로 변경 소자의 입광면은 대향할 수 있다.
본 출원에서, 어떤 한 면과 다른 한 면이 대향한다는 것은, 양 면이 서로 마주 보는 형태로 위치하고 있는 것을 의미할 수 있다.
도 1은 본 출원의 광고립 소자의 구조를 나타내는 개략도이다. 도 1에 따르면, 본 출원의 광고립 소자(1)는, 제1 광로 변경 소자(10), 제2 광로 변경 소자(20) 및 제3 광로 변경 소자(30)을 상기 순서로 포함할 수 있다. 제1 광로 변경 소자(10)는, 입광면에 제1 각도의 입사각으로 입사된 광을 상기 제1 각도와는 다른 제2 각도로 출사시키고, 출광면에 상기 제2 각도의 입사각으로 입사된 광을 상기 제1 각도로 출사시킬 수 있고, 제2 광로 변경 소자(20)는, 입광면 또는 출광면에 상기 제2 각도의 입사각으로 입사된 광은 투과시키고, 상기 제2 각도와는 다른 제3 각도의 입사각으로 입광면 또는 출광면에 입사된 광은 해당 광의 방향과 평행한 방향으로 반사시킬 수 있으며, 제3 광로 변경 소자(30)는 입광면에 상기 제2 각도의 입사각으로 입사된 광을 제4 각도의 출사각으로 출사시키고, 출광면에 상기 제4 각도의 입사각으로 입사된 광을 상기 제2 각도 또는 상기 제3 각도의 출사각으로 분할하여 출사시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 광고립 소자에 포함되는 홀로그래픽 소자는 평균 굴절률이 1.4 내지 1.6의 범위 내일 수 있다. 즉, 상기 제1 광로 변경 소자의 평균 굴절률이 1.4 내지 1.6의 범위 내일 수 있다. 그리고, 후술하는 반사형 홀로그래픽 소자가 제2 광로 변경 소자로 적용될 때, 이의 평균 굴절률 또한 1.4 내지 1.6 범위 내일 수 있다. 다른 예시에서, 상기 범위는 1.41 이상, 1.42 이상, 1.43 이상, 1.44 이상, 1.45 이상, 1.46 이상, 1.47 이상, 1.48 이상 또는 1.49 이상일 수 있고, 1.59 이하, 1.58 이하, 1.57 이하, 1.56 이하, 1.55 이하, 1.54 이하, 1.53 이하, 1.52 이하 또는 1.51 이하일 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.
본 출원에서, 어떤 소자의 「평균 굴절률」은, 측정 대상이 되는 소자의 최대 굴절률과 최소 굴절률의 평균을 의미할 수 있다. 예를 들면, 어떤 소자의 최대 굴절률이 약 1.8이고, 최소 굴절률이 약 1.2인 경우, 상기 소자의 평균 굴절률은 약 1.5일 수 있다. 또한, 상기 굴절률의 기준 파장은 전술한 바와 같고, 그 측정 방법 또한 공지이다.
하나의 예시에서, 상기 최대 굴절률은 1.5 이상, 1.55 이상, 1.6 이상, 1.65 이상, 1.7 이상. 1.75 이상 또는 1.8 이상일 수 있고, 2.0 이하, 1.95 이하, 1.9 이하 또는 1.85 이하일 수 있다. 또한, 상기 최소 굴절률은 1.0 이상, 1.05 이상, 1.1 이상, 1.15 이상 또는 1.20 이상일 수 있고, 1.4 이하, 1.35 이하, 1.3 이하, 또는 1.25 이하일 수 있다.
일 예시에서, 상기 홀로그래픽 소자의 최대 굴절률과 최소 굴절률의 차이는 0.002 내지 0.6의 범위 내일 수 있다. 상기 값은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어, 0.003 이상, 0.004 이상, 0.005 이상, 0.006 이상, 0.007 이상 또는 0.008 이상일 수 있고, 0.60 이하, 0.55 이하, 0.50 이하, 0.45 이하, 0.40 이하, 0.35 이하, 0.30 이하, 0.25 이하, 또는 0.20 이하일 수 있다.
이하에서는, 상기 값의 절반을 굴절률 모듈레이션(index modulation, △n)으로 지칭하기로 한다. 홀로그래픽 소자에 포함되는 간섭 패턴은 홀로그래픽 소자의 전체 영역에 걸쳐서 형성되어 있을 수 있고, 상기 간섭 패턴은 기록광의 정보에 따라 굴절률의 구배를 나타낼 수 있다. 이 때, 홀로그래픽 소자의 굴절률 모듈레이션은 상기한 굴절률 구배에서의 최대값과 최소값의 차이의 절대값의 절반을 의미할 수 있다. 굴절률 모듈레이션을 조절하는 방식은 공지이며, 예를 들어, 감광 재료에 레이저 노광을 통하여 간섭 패턴을 형성하여 홀로그래픽 소자를 제조할 때, 상기한 레이저 노광의 조건(레이저의 세기, 노광 시간 등)이 변화함에 따라 상기 굴절률 모듈레이션이 조절될 수 있다.
하나의 예시에서, 제2 광로 변경 소자로 홀로그래픽 소자가 적용되는 경우, 상기 소자는 반사형 홀로그래픽 소자일 수 있다. 상기에서, 「반사형 홀로그래픽 소자」란, 소정의 입사각으로 입사된 광은 해당 광의 방향과 평행한 방향으로 반사시키고, 상기 입사각과 다른 각도의 입사각으로 입사된 광은 투과시키는 홀로그래픽 소자를 의미할 수 있다.
상기한 투과형 홀로그래픽 소자와 반사형 홀로그래픽 소자는 이에 형성된 간섭 패턴 법선이 홀로그래픽 소자의 입광면 또는 출광면의 법선과 이루는 각도에 따라서 구별될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 광로 변경 소자는 하기 식 1을 만족할 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 반사형 홀로그래픽 소자는 하기 식 2를 만족할 수 있도록 구성될 수 있다. 간섭 패턴을 포함하는 홀로그래픽 소자가 식 1을 만족하는 경우에는 투과형 홀로그래픽 소자로 기능할 수 있고, 식 2를 만족하는 경우에는 반사형 홀로그래픽 소자로 기능할 수 있다:
[식 1]
90-θc≤│θG│
[식 2]
│θG│≤θc
식 1 및 식 2에서, θG은 상기 간섭 패턴의 법선이 홀로그래픽 소자의 입광면 또는 출광면의 법선과 이루는 각도 중 절대값이 작은 각도(단위: 도)일 수 있고, θc는 홀로그래픽 소자의 임계각(단위: 도)일 수 있다.
본 출원에서, 용어 「임계각」은 어떤 부재의 입광면에 입사된 광의 전반사가 시작될 때, 그 광의 입사각 중 양의 값을 의미할 수 있다. 홀로그래픽 소자의 임계각(θc)은, 소정의 파장에 대한 홀로그래픽 소자의 굴절률, 또는 평균 굴절률이 n일 때 arcsin(n)로 계산될 수 있다. 따라서, 홀로그래픽 소자의 평균 굴절률이 결정되면 이의 임계각이 결정될 수 있고, 이에 따라 홀로그래픽 소자 내의 간섭 패턴의 θG 값이 상기한 식 1 또는 식 2를 충족하도록 설계하는 경우, 그 소자는 투과형 홀로그래픽 소자 또는 반사형 홀로그래픽 소자가 될 수 있다. 또한, 홀로그래픽 소자 내의 간섭 패턴의 θG 값이 결정되면, 간섭 패턴의 피치(pitch) 또한 결정될 수도 있다.
본 출원에서, 용어 「굴절률」은 특별히 달리 규정하지 않는 한, 진공에서의 굴절률을 1로 정의하고, 매질에서의 빛의 속력과 진공에서의 빛의 속력과 비교하여 정한 굴절률인 절대 굴절률을 의미한다.
하나의 예시에서, 어떤 홀로그래픽 소자가, 투과형 홀로그래픽 소자 또는 반사형 홀로그래픽 소자인지는, 동일한 조성을 가지는 홀로그래픽 소자를 노광하는 방식에 따라 결정될 수 있다. 구체적으로, 어떤 감광 재료에 레이저 노광을 통하여 간섭 패턴을 형성하여 홀로그래픽 소자를 제조하는 과정에서, 물체광과 참조광이 입사되는 방향에 따라서 그 홀로그래픽 소자가 투과형인지 또는 반사형인지 여부가 결정될 수 있다. 보다 구체적으로, 홀로그래픽 소자 제조 시에 조사되는 물체광과 참조광이 모두 감광 재료의 동일한 면에 입사되면, 상기 식 1을 만족하는 투과형 홀로그래픽 소자가 제조될 수 있다. 또한, 물체광과 참조광이 감광 재료의 서로 다른 면에 입사되면, 상기 식 2를 만족하는 반사형 홀로그래픽 소자가 제조될 수 있다. 여기서, 물체광은 홀로그래픽 소자를 제조할 때, 기록광이 피사체 표면에서 난반사되어 감광 재료에 도달하는 빛을 의미하고, 참조광은 기록광이 직접 감광 재료에 도달하는 빛을 의미한다.
하나의 예시에서, 제1 광로 변경 소자의 두께는 1 ㎛ 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 두께는 약 2 ㎛ 이상, 약 3 ㎛ 이상, 약 4 ㎛ 이상, 약 5 ㎛ 이상, 약 6 ㎛ 이상, 약 7 ㎛ 이상 또는 약 8 ㎛ 이상일 수 있다. 또한, 상기 두께의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 200 ㎛ 이하, 190 ㎛ 이하, 180 ㎛ 이하, 170 ㎛ 이하, 160 ㎛ 이하 또는 150 ㎛ 이하일 수도 있다.
다른 예시에서, 제1 광로 변경 소자로 투과형 홀로그래픽 소자가 적용될 때, 이의 두께는 30 ㎛ 이상일 수도 있다. 또한, 상기 값은 구체적으로 35 ㎛ 이상, 40 ㎛ 이상, 45 ㎛ 이상, 또는 50 ㎛ 이상일 수 있고, 200 ㎛ 이하, 190 ㎛ 이하, 180 ㎛ 이하, 170 ㎛ 이하, 160 ㎛ 이하 또는 150 ㎛ 이하일 수도 있다. 특히, 상기 범위 내에서, 투과형 홀로그래픽 소자의 입광면에 제1 각도의 입사각으로 입사된 광의 광량 대비 제2 각도의 출사각으로 출사되는 광의 광량이 특히 높아질 수 있다.
하나의 예시에서, 투과형 홀로그래픽 소자의 최대 굴절률과 최소 굴절률의 차이는 0.01 내지 0.03의 범위 내일 수 있다. 상기 값은, 다른 예시에서, 0.012 이상, 0.014 이상, 또는 0.016 이상일 수 있고, 0.028 이하, 0.026 이하, 0.024 이하, 0.022 이하 또는 0.02 이하일 수 있다. 즉, 제1 광로 변경 소자가 투과형 홀로그래픽 소자일 때, 이의 굴절률 모듈레이션은 0.005 내지 0.015의 범위 내일 수 있고, 구체적으로 0.006 이상, 0.007 이상, 또는 0.008 이상일 수 있고, 0.014 이하, 0.013 이하, 0.012 이하, 또는 0.01 이하일 수 있다. 상기 범위 내에서, 제1 광로 변경 소자의 입광면에 제1 각도의 입사각으로 입사된 광의 광량 대비 제2 각도의 출사각으로 출사되는 광의 광량이 특히 높아질 수 있다.
일 예시에서, 제2 광로 변경 소자의 두께는 5㎛ 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 두께는 약 5 ㎛ 이상, 6 ㎛ 이상, 7 ㎛ 이상 또는 8 ㎛ 이상일 수 있고, 500㎛ 이하, 490 ㎛ 이하, 480 ㎛ 이하, 470 ㎛ 이하, 460 ㎛ 이하, 450 ㎛ 이하, 440 ㎛ 이하, 430 ㎛ 이하, 420 ㎛ 이하, 410 ㎛ 이하 또는 400 ㎛ 이하일 수 있다.
다른 예시에서, 제2 광로 변경 소자로 반사형 홀로그래픽 소자가 적용될 때, 이의 두께는 10 ㎛ 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 값은 10 ㎛ 이상, 15 ㎛ 이상, 20 ㎛ 이상, 또는 25 ㎛ 이상일 수 있고, 500㎛ 이하, 490 ㎛ 이하, 480 ㎛ 이하, 470 ㎛ 이하, 460 ㎛ 이하, 450 ㎛ 이하, 440 ㎛ 이하, 430 ㎛ 이하, 420 ㎛ 이하, 410 ㎛ 이하 또는 400 ㎛ 이하일 수도 있다. 상기 범위 내에서, 반사형 홀로그래픽 소자의 출광면에 제3 각도의 입사각으로 입사되는 광의 반사 효율(입사되는 광의 광량에 대한 반사되는 광의 광량의 비)이 특히 높아질 수 있다.
다른 예시에서, 반사형 홀로그래픽 소자의 최대 굴절률과 최소 굴절률의 차이는 0.06 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 값은 0.07 이상, 0.08 이상, 0.09 이상, 0.10 이상, 0.11 이상 또는 0.12 이상일 수 있고, 그 상한은 특별히 제한되지는 않지만, 예를 들면, 0.60 이하, 0.55 이하, 0.50 이하, 0.45 이하, 0.40 이하, 0.35 이하, 0.30 이하, 0.25 이하, 또는 0.20 이하일 수 있다. 즉, 반사형 홀로그래픽 소자의 굴절률 모듈레이션은 0.03 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 값은 0.04 이상, 0.05 이상, 또는 0.06 이상일 수 있고, 그 상한은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 0.3 이하, 0.25 이하, 0.2 이하, 0.15 이하, 또는 0.1 이하일 수 있다.
다른 예시에서, 제2 광로 변경 소자는 금속층을 포함하는 프리즘 필름일 수 있다.
본 출원에서, 용어 「프리즘」은 입사된 광을 굴절 및/또는 분산시킬 때 사용되는, 다면체의 광학 소자를 의미할 수 있다. 구체적으로, 프리즘은 입사된 광을 굴절시키거나 반사하는 투명한 고체 재료로 형성되고, 투명하며, 다면체인 광학 소자를 의미할 수 있다. 또한, 「프리즘 필름」은, 복수의 프리즘이 규칙적 또는 불규칙적으로 배치되어 있는 필름을 의미할 수 있다. 프리즘의 형상은, 광학 소자로 입사하는 광의 경로를 변경할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 프리즘으로는, 프리즘의 능선에 직교하는 단면의 형상이 삼각형인 프리즘이 적용될 수도 있다.
하나의 예시에서, 제2 광로 변경 소자로 적용될 수 있는, 금속층을 포함하는 프리즘 필름의 프리즘은 삼각형 프리즘일 수 있다. 또한, 상기 삼각형은, 이등변 삼각형, 정삼각형 또는 부등변 삼각형일 수 있다.
본 출원에서, 용어 「삼각형 프리즘」은, 프리즘의 능선에 직교하는 단면의 형상이 삼각형인 프리즘을 의미할 수 있고, 구체적으로 프리즘의 능선에 직교하는 단면의 형상이 하나의 밑변과 두개의 빗변을 가지는 삼각형인 프리즘을 의미할 수 있다. 부등변 삼각형 프리즘은, 삼각형인 프리즘의 능선에 직교하는 단면의 세 변 중 적어도 두 변의 길이가 상이한 삼각형인 프리즘을 의미할 수 있다. 하나의 예시에서, 제2 광로 변경 소자에 적용되는 삼각형 프리즘에서, 그 삼각형의 꼭지각은 70 도 내지 120 도의 범위 내일 수 있다. 구체적으로, 상기 꼭지각은, 예를 들어, 72 도 이상, 74 도 이상, 76 도 이상, 78 도 이상, 80 도 이상, 82 도 이상, 84 도 이상, 86 도 이상, 88 도 이상 또는 90 도 이상일 수 있고, 118 도 이하, 116 도 이하, 114 도 이하, 112 도 이하, 110 도 이하, 108 도 이하, 106 도 이하, 104 도 이하, 102 도 이하, 100 도 이하, 98 도 이하, 96 도 이하, 94 도 이하, 92 도 이하 또는 90 도 이하일 수 있다.
본 출원에서, 삼각형의 꼭지각은 삼각형 프리즘에서 삼각형의 두 빗변이 형성하는 각을 의미할 수 있다.
일 예시에서, 제2 광로 변경 소자에 적용되는 삼각형 프리즘은 두 빗변이 형성하는 꼭지점이 제2 광로 변경 소자의 입광면을 향하는 것일 수도 있고, 또는 제2 광로 변경 소자의 출광면을 향하는 것일 수도 있다.
하나의 예시에서, 금속층을 포함하는 프리즘 필름은, 삼각형의 적어도 하나의 빗변에 구비된 금속층을 포함하는 삼각형 프리즘 필름일 수 있다. 즉, 상기 금속층은 프리즘을 구성하는 삼각형의 두 빗변 중 어느 하나, 또는 두 빗변 모두에 형성될 수 있다. 상기 금속층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 증착 방법, 예를 들면, 물리적 기상 증착, 화학적 기상 증착 등의 방식이 적용될 수 있다.
금속층을 구성하는 금속은, 입사하는 광을 반사할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않다. 상기 금속으로는, 예를 들어, 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 및 크롬(Cr)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상, 이 중 2종 이상의 합금, 또는 이 중 1종 이상의 산화물이 적용될 수 있다.
제2 광로 변경 소자로 금속층을 포함하는 프리즘 필름을 적용함으로써, 제2 광로 변경 소자의 입광면 또는 출광면에 제2 각도로 입사된 광은 투과시키고, 상기 제2 각도와는 다른 각도, 예를 들면, 제3 각도로 입광면 또는 출광면에 입사된 광은 해당 광의 방향과 평행한 방향으로 반사시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 제3 광로 변경 소자로 프리즘 필름이 적용될 수 있다. 또한, 제3 광로 변경 소자로 적용되는 프리즘 필름의 프리즘은 삼각형 프리즘일 수 있고, 그 삼각형의 형상은 정삼각형, 이등변 삼각형 또는 부등변 삼각형일 수 있고, 구체적으로는 이등변 삼각형일 수 있다. 이등변 삼각형 프리즘은, 삼각형인 프리즘의 능선에 직교하는 단면에서, 두 개의 빗변의 길이가 동일한 프리즘을 의미할 수 있다. 일 예시에서, 제3 광로 변경 소자에 적용되는 삼각형 프리즘은 두 빗변이 형성하는 꼭지점이 제3 광로 변경 소자의 입광면을 향하는 것일 수도 있고, 또는 제3 광로 변경 소자의 출광면을 향하는 것일 수도 있다.
하나의 예시에서, 제3 광로 변경 소자로 적용되는 삼각형 프리즘에서, 그 삼각형의 꼭지각은 40 도 내지 50 도의 범위 내일 수 있다. 구체적으로, 상기 꼭지각은, 40 도 이상, 41 도 이상, 42 도 이상 또는 43 도 이상일 수 있고, 50 도 이하, 49 도 이하, 48 도 이하, 47 도 이하 또는 46 도 이하일 수 있다.
광고립 소자는 정 방향 투과율이 50 % 이상일 수 있다. 상기 값은, 약 50% 이상, 약 55% 이상, 약 60% 이상, 약 65% 이상, 약 70% 이상, 약 75% 이상, 약 80% 이상, 약 85% 이상, 약 90% 이상 또는 약 95% 이상일 수 있다. 상기 정 방향 투과율의 상한은 약 100%일 수 있다.
또한, 광고립 소자는 역 방향 투과율이 약 50% 미만, 약 45% 이하, 약 40% 이하, 약 35% 이하, 약 30% 이하, 약 25% 이하, 약 20% 이하, 약 15% 이하, 약 10% 이하 또는 약 5% 이하일 수 있다. 상기 역 방향 투과율의 하한은 약 0% 정도일 수 있다.
본 출원에서, 어떤 부재의 「투과율」은 소정의 파장을 가지는 광을 그 부재에 조사하였을 때, 조사된 광량 대비 그 부재를 투과한 광의 광량을 %로 나타낸 것을 의미한다. 따라서, 상기 광고립 소자의 정 방향 투과율은 제1 광로 변경 소자의 입광면에 입사된 입사광의 광량 대비, 제3 광로 변경 소자로부터 출사된 출사광의 광량의 비를 의미할 수 있다. 또한, 광고립 소자의 역 방향 투과율은 제3 광로 변경 소자의 출광면에 입사된 입사광의 광량 대비, 주과형 홀로그래픽 소자로부터 출사된 출사광의 광량의 비를 의미할 수 있다.
본 출원은 또한 광고립 장치에 관한 것이다. 본 출원의 광고립 장치는 적어도 하나의 전술한 광고립 소자를 포함할 수 있다.
본 출원에서, 용어 「광고립 장치」는, 광고립 소자를 포함하는 장치이고, 광고립 기능을 가진다. 따라서, 광고립 장치에서도 마찬가지로, 전술한 정 방향 및 역 방향에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있다.
광고립 장치는, 전술한 광고립 소자를 1개 또는 2개 이상 포함할 수 있다. 광고립 장치에 광고립 소자가 2개 이상 포함되는 경우, 각 광고립 소자는, 정 방향을 따라서 어느 하나의 광고립 소자를 투과한 광이 다른 광고립 소자의 제1 광로 변경 소자 측으로 입사할 수 있도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 광고립 장치가 정 방향으로 위치하는 제1 광고립 소자 및 제2 광고립 소자를 포함하는 경우, 제1 광고립 소자에서 제3 광로 변경 소자의 출광면과, 제2 광고립 소자에서 제1 광로 변경 소자의 입광면이 대향하도록 위치할 수 있다. 이와 같이, 광고립 장치가 복수의 광고립 소자를 포함함으로써, 광고립도를 보다 향상시킬 수 있다.
본 출원에서, 광고립도(isolation ratio) 는, 역 방향의 투과율 대비 정 방향의 투과율이 얼마나 증가하였는지를 나타내는 것으로서, 이는 하기 식 3과 같이 정의되고, 그 값이 클수록 광고립 성능이 우수한 것을 의미할 수 있다.
복수의 광고립 소자들을 정 방향으로 투과하는 광은 광량의 손실 없이 계속 투과되지만, 역 방향으로 투과하는 광의 경우, 그 광량이 지수 함수적으로, 예를 들어 (0.5)n배(여기서, n은 광고립 소자의 개수를 의미한다)로 감소한다. 따라서, 광고립 장치에 포함되는 광고립 소자의 수가 증가할 수록, 이의 광고립도가 증가할 수 있다.
하나의 예시에서, 광고립 장치에서 정 방향으로 입사된 광의 투과율과 역 방향으로 입사된 광의 투과율의 비율은, 하기 식 3에 따른 고립도(IR, isolation ratio)에 의할 때, 약 3 dB 이상일 수 있다:
[식 3]
IR = 10 Х n Х log(F/B)
식 3에서 IR은 고립도이고, n은 광고립 장치 내에 포함되는 광고립 소자의 개수이며, F는 정 방향으로 광고립 장치로 입사된 광의 투과율이고, B는 역 방향으로 광고립 장치로 입사된 광의 투과율이다.
광고립 장치의 정 방향으로 입사된 광의 투과율(F)은 약 50% 이상, 약 55% 이상, 약 60% 이상, 약 65% 이상, 약 70% 이상, 약 75% 이상, 약 80% 이상, 약 85% 이상, 약 90% 이상 또는 약 95% 이상일 수 있다. 상기 정 방향 투과율의 상한은 약 100%일 수 있다. 또한, 광고립 장치의 역 방향으로 입사된 광의 투과율은, 약 50% 미만, 약 45% 이하, 약 40% 이하, 약 35% 이하, 약 30% 이하, 약 25% 이하, 약 20% 이하, 약 15% 이하, 약 10% 이하 또는 약 5% 이하일 수 있다. 상기 역 방향 투과율의 하한은 약 0% 정도일 수 있다.
본 출원에서, 어떤 부재의 「투과율」은 소정의 파장을 가지는 광을 그 부재에 조사하였을 때, 조사된 광량 대비 그 부재를 투과한 광의 광량을 %로 나타낸 것을 의미한다.
상기와 같은 광고립 장치는 추가적인 구성을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 상기 광고립 장치는, 전술한 광고립 소자에 포함될 수 있는 것 외에 필요한 경우 추가적으로 광의 경로를 제어할 수 있는 프리즘 또는 반사판과 같은 광경로 제어기를 추가로 포함할 수 있다.또한, 광고립 장치는, 필요한 경우에 상기 이외에 추가적인 광학 요소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 광고립 장치는, 루버 플레이트와 같은 광학 요소를 포함할 수 있다. 이러한 루버 플레이트 등은, 예를 들면, 정 방향으로 진행하는 광이 최종적으로 출사되는 측, 예를 들면 전술한 제2 광로 변경 소자의 출광면에 구비될 수 있다.
본 출원의 광고립 소자는 정 방향구동을 위한 외부 자기장이 요구되지 않고, 저가로 제조될 수 있으며, 대면적화가 가능할 수 있다.
도 1은 본 출원에 따른 광고립 소자의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 2 및 도 3은 제1 광로 변경 소자의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 4 및 도 5는 제2 광로 변경 소자의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 6은 제1 광로 변경 소자의 1T 효율 평가 결과이다.
도 7은 제2 광로 변경 소자의 0T 효율 평가 결과이다.
도 8은 제2 광로 변경 소자의 -1R 효율 평가 결과이다.
도 9는 제3 광로 변경 소자의 정 방향 광경로를 나타내는 개략도이다.
도 10은 제3 광로 변경 소자의 역 방향 광경로를 나타내는 개략도이다.
이하, 실시예를 통하여 본 출원의 광고립 소자를 상세히 설명한다. 그러나, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예
본 출원의 광고립 소자의 평가를 위하여, 하기와 같은 제1 광로 변경 소자, 제2 광로 변경 소자 및 제3 광로 변경 소자를 사용하였다.
제1 광로 변경 소자로 적용되는 투과형 홀로그래픽 소자는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 투과형 홀로그래픽 소자로는 통상적인 포토폴리머(300 nm 내지 800 nm 중 어느 하나의 파장에서의 평균 굴절률: 약 1.5, 임계각: 약 41도)에 레이저 노광 조건을 적절히 조절하여 도 2와 같이 간섭 패턴을 형성시킨 홀로그래픽 소자를 사용하였다. 도 3은 도 2에 원으로 표시된 부분을 확대한 것이다. 도 3과 같이 상기 투과형 홀로그래픽 소자에서는 간섭 패턴의 법선(g)과 투과형 홀로그래픽 소자의 입광면의 법선이 이루는 각도가 약 -75 도였고, 간섭 패턴의 피치(a)는 약 685 nm였다.
제2 광로 변경 소자의 설정 내용은 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 제2 광로 변경 소자로는 반사형 홀로그래픽 소자를 사용하였다. 반사형 홀로그래픽 소자로는 통상적인 포토폴리머(300 nm 내지 800 nm 중 어느 하나의 파장에서의 평균 굴절률: 약 1.5, 임계각: 약 41도)에 레이저 노광 조건을 적절히 조절하여 도 4와 같이 간섭 패턴을 형성시킨 홀로그래픽 소자를 사용하였다. 도 5는 도 4에 원으로 표시된 부분을 확대한 것이다. 도 5와 같이 상기 반사형 홀로그래픽 소자에서는 간섭 패턴의 법선(g)과 제2 광로 변경 소자의 입광면이 이루는 각도가 약 -30 도였고, 이 때 간섭 패턴의 피치(a)는 약 177 nm였다.
제3 광로 변경 소자는 꼭지각이 약 44 도이고, 300 nm 내지 800 nm 중 어느 한 파장에 대한 굴절률이 약 1.46이며, 꼭지점이 제3 광로 변경 소자의 출광면을 향하는 이등변 삼각형 프리즘 필름을 사용하였다.
VirtualLab Fusion 소프트웨어(LightTrans社)의, RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis) 기능을 이용하여 제1 광로 변경 소자와 제2 광로 변경 소자의 출사 효율을 평가하였다.
도 6은 제1 광로 변경 소자의 굴절률 모듈레이션(index modulation)과 1T 효율의 관계를 도시한 것이다. 여기서, 1T 효율은 제1 광로 변경 소자의 입광면에 약 0 도의 입사각으로 입사된 광의 광량 대비 약 30 도의 각도로 출사되는 광의 광량을 의미한다. 도 6에 따르면, 투과형 홀로그래픽 소자의 굴절률 모듈레이션이 증가함에 따라, 1T 효율이 주기적으로 증감하고, 그 주기는 투과형 홀로그래픽 소자의 두께가 클수록 작아지는 것을 확인할 수 있다. 이를 통하여, 예를 들면, 레이저 노광 방식으로 투과형 홀로그래픽 소자를 제조할 때, 노광 조건과 그 두께를 적절하게 조절하는 경우, 투과형 홀로그래픽 소자가 일정 수준 이상의 1T 효율을 가질 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 두께가 약 30 ㎛이고, 굴절률 modulation이 약 0.008 정도로 설정되는 경우, 투과형 홀로그래픽 소자의 1T 효율은 1에 근접할 수 있음을 알 수 있다.
반사형 홀로그래픽 소자의 두께와 0T 효율의 관계를 도 7에 나타내었다. 여기서, 0T 효율은 반사형 홀로그래픽 소자의 입광면에 약 30 도의 각도로 입사된 광의 광량 대비 투과된 광의 광량을 의미한다. 도 7에 따르면, 반사형 홀로그래픽 소자의 두께와 무관하게, 약 30 도의 각도로 입사된 광은 대부분 반사형 홀로그래픽 소자를 투과할 수 있음을 알 수 있다.
도 8은 반사형 홀로그래픽 소자의 두께와 -1R 효율의 관계를 도시한 것이다. 여기서, -1R 효율은 반사형 홀로그래픽 소자의 출광면에 약 -30 도의 입사각으로 입사된 광의 광량 대비 입사된 광과 평행한 방향으로 반사되는 광의 광량을 의미한다. 도 8에 따르면, 동일한 굴절률 모듈레이션에서는 반사형 홀로그래픽 소자의 두께가 증가할 수록 -1R 효율이 높아지는 것을 알 수 있다. 또한, 도 8에 따르면, 동일한 두께에서는 반사형 홀로그래픽 소자의 굴절률 모듈레이션이 증가할 수록 -1R 효율이 높아지는 것을 알 수 있다. 특히, 굴절률 모듈레이션이 0.03 이상인 경우에는 반사형 홀로그래픽 소자가 8 ㎛ 정도의 얇은 두께를 가지더라도, 0.8 이상의 -1R 효율을 가질 수 있음을 알 수 있다.
LightTools 소프트웨어(Synopsys社)를 사용하여, 제3 광로 변경 소자 성능을 시뮬레이션 하였다.
제3 광로 변경 소자의 입광면에 약 30 도의 광이 입사될 때의 출사되는 광의 경로를 도 9에 도시하였다. 도 9에 따르면, 제3 광로 변경 소자의 입광면에 약 30 도의 광이 입사되는 경우, 입사된 광 대부분이 약 0 도의 광으로 출사되는 것을 알 수 있다.
제3 광로 변경 소자의 출광면에 약 0 도의 광이 입사될 때 출사되는 광의 경로를 도 10에 도시하였다. 도 10에 따르면, 제3 광로 변경 소자의 출광면에 약 0 도의 광이 입사되는 경우, 입사된 광의 절반 정도는 약 30 도의 광으로 출사되고, 나머지는 약 -30 도의 광으로 출사되는 것을 알 수 있다.
도 1과 같이 상기와 같은 성능을 가지는 제1 광로 변경 소자(10), 제2 광로 변경 소자(20) 및 제3 광로 변경 소자(30)를 상기 순서로 배치한 필름 형태로 제작된 모습을 컴퓨터 모델링하고, 시뮬레이션 소프트웨어를 통하여 그 성능을 평가하였다. 상기와 같은 형태의 소자에 도 1에 나타난 것과 같이 광을 조사한 결과(정 방향 조사) 얻어진 정 방향 투과율(F)과, 반대 방향으로 광을 조사하여 얻어진 역 방향 투과율(B)의 비율(F/B)는 약 2였고, 이를 상기 수식 3에 대입하여 확인한 고립도(IR)은 약 3 dB였다.
1: 광고립 소자
10: 투과형 홀로그래픽 소자
20: 제1 광로 변경 소자
30: 제2 광로 변경 소자

Claims (15)

  1. 각각 입광면과 출광면을 포함하는 제1 광로 변경 소자, 제2 광로 변경 소자 및 제3 광로 변경 소자를 상기 순서로 포함하고,
    상기 제1 광로 변경 소자는, 입광면에 -90도 초과이면서 90도 미만의 범위 내인 제1 각도의 입사각으로 입사된 광을 상기 제1 각도와는 다른 제2 각도의 출사각으로 출사시키고, 출광면에 상기 제2 각도의 입사각으로 입사된 광을 상기 제1 각도의 출사각으로 출사시키는 소자이며,
    상기 제2 광로 변경 소자는, 입광면 또는 출광면에 상기 제2 각도의 입사각으로 입사된 광은 투과시키고, 상기 제2 각도와는 다른 제3 각도의 입사각으로 입광면 또는 출광면에 입사된 광은 해당 광의 방향과 평행한 방향으로 반사시키는 소자이며,
    상기 제3 광로 변경 소자는 입광면에 상기 제2 각도의 입사각으로 입사된 광을 제4 각도의 출사각으로 출사시키고, 출광면에 상기 제4 각도의 입사각으로 입사된 광을 상기 제2 각도 또는 상기 제3 각도의 출사각으로 분할하여 출사시키는 소자이며,
    상기 제2 각도 및 상기 제3 각도는 각각 0도 초과이면서 90도 미만의 범위 내이거나, -90도 초과이면서 0도 미만의 범위 내이며,
    상기 제4 각도는 -90도 초과이면서 90도 미만의 범위 내이고,
    상기 제1 각도와 제4 각도의 차이의 절대값은 0도 내지 10도의 범위 내이며,
    상기 제2 각도와 제3 각도의 합계의 절대값은 0도 내지 10도의 범위 내이고,
    상기 제1 광로 변경 소자는 홀로그래픽 소자이며,
    상기 제2 광로 변경 소자는 간섭 패턴을 포함하고, 하기 식 2를 만족하는 반사형 홀로그래픽 소자인 광고립 소자:
    [식 2]
    │θG│≤θc
    식 2에서, θG은 상기 간섭 패턴의 법선이 반사형 홀로그래픽 소자의 입광면 또는 출광면의 법선과 이루는 각도 중 절대값이 작은 각도(단위: 도)이고, θc는 홀로그래픽 소자의 임계각(단위: 도)이다.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제1 또는 제2 광로 변경 소자의 평균 굴절률은 1.4 내지 1.6의 범위 내인 광고립 소자.
  4. 제1 항에 있어서, 제1 광로 변경 소자는 간섭 패턴을 포함하고, 하기 식 1을 만족하는 투과형 홀로그래픽 소자인 광고립 소자:
    [식 1]
    90-θc≤│θG│
    식 1에서, θG은 상기 간섭 패턴의 법선이 투과형 홀로그래픽 소자의 입광면 또는 출광면의 법선과 이루는 각도 중 절대값이 작은 각도(단위: 도)이고, θc는 홀로그래픽 소자의 임계각(단위: 도)이다.
  5. 제4 항에 있어서, 제1 광로 변경 소자의 최대 굴절률과 최소 굴절률의 차이는 0.01 내지 0.03의 범위 내인 광고립 소자.
  6. 제1 항에 있어서, 제1 광로 변경 소자의 두께는 30 ㎛ 이상인 광고립 소자.
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서, 상기 제 2 광로 변경 소자의 최대 굴절률과 최소 굴절률 차이는 0.06 이상인 광고립 소자.
  9. 제1 항에 있어서, 제2 광로 변경 소자의 두께는 10 ㎛ 이상인 광고립 소자.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1 항에 있어서, 제3 광로 변경 소자는 프리즘 필름인 광고립 소자.
  13. 제12 항에 있어서, 프리즘은 이등변 삼각형 프리즘인 광고립 소자.
  14. 제13 항에 있어서, 삼각형의 꼭지각은 40 도 내지 50 도의 범위 내인 광고립 소자.
  15. 제1 항의 광고립 소자를 적어도 하나 포함하는 광고립 장치.
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