KR20090116483A - 자기장에 의해 제어 가능한 능동형 광학 필터 - Google Patents

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KR20090116483A
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Abstract

자기장의 인가 여부에 따라 광을 투과시키거나 또는 차단하고, 광의 투과시 특정 파장의 광만을 투과시키는 광학 필터의 역할까지 수행할 수 있는 능동형 광학 필터를 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 광학 필터는, 자기장의 인가 여부에 따라 광을 투과시키거나 또는 차단시키는 광학 필터층; 및 상기 광학 필터층를 둘러싸며 상기 광학 필터층에 자기장을 인가하기 위한 자기장 인가부;를 포함하며, 상기 광학 필터층은 서로 다른 굴절률을 갖는 두 종류의 박막 층들을 기판 위에 주기적으로 적층하여 이루어지는 다층 박막 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

자기장에 의해 제어 가능한 능동형 광학 필터{Active optical filter controlled by magnetic field}
본 발명은 능동형 광학 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기장의 인가 여부에 따라 광을 투과시키거나 또는 차단하고, 자기장의 인가에 의한 광의 투과시 특정 파장의 광만을 투과시키는 광학 필터의 역할까지 수행할 수 있는 능동형 광학 필터에 관한 것이다.
일반적으로 컬러 디스플레이 장치에서 하나의 화소는 적색, 녹색 및 청색을 각각 표현할 수 있는 3개의 서브화소들로 구성된다. 그리고 각각의 서브화소에는 그 서브화소에 해당하는 색만을 투과시킬 수 있는 컬러 필터가 배치되어 있다. 현재 사용되고 있는 이러한 컬러 필터는 단지 입사광 중에서 특정 파장의 광만을 투과시키는 역할을 하는 수동 필터로서, 광의 투과 또는 차단을 제어하는 광 셔터의 역할은 하지 않는다. 예컨대 액정 디스플레이 장치의 경우, 광 셔터는 두 개의 편광판과 상기 두 개의 편광판 사이에 배치된 액정층으로 이루어진다. 이러한 광 셔터의 구조에서, 전기장으로 액정층의 결정 배열을 제어함으로써 광을 투과시키거나 또는 차단시킬 수 있다.
이러한 종래의 컬러 디스플레이 장치의 경우, 복잡한 구조의 광 셔터와 컬러 필터가 함께 사용되어야 하기 때문에, 광 손실이 매우 크다. 예컨대, 광 셔터와 컬러 필터에서의 광 손실로 인하여, 백라이트 유닛에서 발생된 광의 단지 7~13% 정도만이 시청자에게 전달될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 광 셔터와 컬러 필터의 역할을 동시에 수행할 수 있는 능동형 광학 필터를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 자기장의 제어에 따라 특정 파장의 광을 투과시키거나 또는 입사광 전체를 차단할 수 있는 능동형 광학 필터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 능동형 광학 필터를 이용한 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 유형에 따른 능동형 광학 필터는, 자기장의 인가 여부에 따라 광을 투과시키거나 또는 차단시키는 광학 필터층; 및 상기 광학 필터층를 둘러싸며 상기 광학 필터층에 자기장을 인가하기 위한 자기장 인가부;를 포함하며, 상기 광학 필터층은 서로 다른 굴절률을 갖는 두 종류의 박막 층들을 기판 위에 주기적으로 적층하여 이루어지는 다층 박막 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 자기장 인가부는, 예컨대, 상기 광학 필터층의 측면 둘레를 둘러싸는 코일 또는 도전체 필름일 수 있다.
상기 자기장 인가부에 의해 광학 필터층에 인가되는 자기장의 방향은 상기 광학 필터층에 입사하는 입사광의 진행 방향과 평행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 두 종류의 박막 층들은 서로 다른 복소굴절률을 가지며, 자기장의 인가시 상기 박막 층들의 복소굴절률의 허수부인 감쇠계수 k가 0이 될 수 있다.
예컨대, 상기 박막 층들은 강자성체 나노 결정으로 이루어질 수 있다.
여기서, 하나의 강자성체 나노 결정은 하나의 단일 자구(single magnetic domain)를 형성하는 크기일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 기판은, 예컨대, 투명 기판일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 기판은 강자성체 나노 결정으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 자기장 인가부는 상기 광학 필터층의 광입사면과 광출사면 중에서 적어도 하나의 면을 감싸도록 형성될 수도 있다.
이 경우, 상기 자기장 인가부에 의해 광학 필터층에 인가되는 자기장의 방향은 상기 광학 필터층에 입사하는 입사광의 진행 방향에 수직할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 각각의 박막 층의 광학적 두께는 투과시키고자 하는 광의 파장 대역의 중심 파장의 1/4일 수 있다.
본 발명에 따른 상기 능동형 광학 필터는, 상기 자기장 인가부의 측면 둘레를 둘러싸는 강자성체로 이루어진 자기회로부를 더 포함할 수도 있다.
한편, 본 발명의 다른 유형에 따른 디스플레이 장치는, 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛과 대향하도록 배치된 투명 기판; 및 상기 투명 기판의 일 표면에 형성된 다수의 서브화소;를 포함하며, 각각의 서브화소는 상술한 구조를 갖는 능동형 광학 필터로 구성된 것을 특징으로 한다.
먼저, 본 발명에 따른 능동형 광학 필터의 동작 원리가 되는 일반적인 물질의 자기적 특성에 대해 간단하게 설명한다. 도 1 및 도 2는 자기장이 인가될 때 일반적인 물질의 자기장 방향으로의 밴드갭(bandgap) 변화를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 그래프를 통해 알 수 있듯이, 일반적인 물질에 자기장이 인가되면, 인가된 자기장의 방향을 따라 상기 물질의 전도대(conduction band)의 높이가 상승하게 된다. 그 결과, 전도대와 가전자대(valence band) 사이의 밴드갭이 커지게 된다. 즉, 도 2(a)에 도시된 자기장이 인가되지 않을 경우의 밴드갭과 도 2(b)에 도시된 자기장이 인가되었을 경우의 밴드갭을 비교할 때, 자기장이 인가된 경우에 인가된 자기장의 세기에 비례하여 밴드갭이 증가하게 된다.
일반적으로 밴드갭보다 큰 에너지를 갖는 광이 물질에 입사하는 경우, 가전자대의 전자가 여기되어 전도대로 이동하게 된다. 이 과정에서 광은 그만큼의 에너지를 잃게 되며, 이로 인해 광은 물질을 통과하지 못하고 광 손실이 일어난다. 반면, 밴드갭보다 작은 에너지를 갖는 광이 물질에 입사하는 경우에는 광 손실 없이 물질을 통과하게 된다. 여기서, 자기장의 인가로 인하여 물질의 밴드갭이 커지게 되면, 가전자대의 전자를 전도대로 여기시키기 위해 필요한 에너지의 크기가 커지게 된다. 따라서, 자기장의 인가 방향을 따라 입사하는 광의 경우, 자기장이 인가되지 않았을 때에 비해 더 높은 에너지를 갖는 광도 물질을 통과할 수 있게 된다. 즉, 인가된 자기장의 세기만큼 저지 주파수(cuf-off frequency)(ωc)가 높아지게 된다.
예컨대, 도 3의 그래프에 표시한 바와 같이, 자기장이 인가되지 않은 경우(점선으로 표시)에 비해, 자기장이 인가된 경우(실선으로 표시)에 자기장의 인가 방향을 따라 입사하는 더 짧은 파장의 광도 물질을 통과할 수 있게 된다. 즉, 자기장이 인가되지 않은 경우에는 λ0 이하의 파장을 갖는 광이 차단되지만, 자기장이 인가된 경우에는 그보다 짧은 λ1 이하의 파장을 갖는 광이 차단된다. 따라서, 파장 λ0과 파장 λ1 사이에서 광 셔터의 역할이 가능하게 된다.
이러한 물질의 특성은 물질의 복소굴절률의 변화를 통해서도 설명할 수 있다. 물질의 복소굴절률은 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
N = n + jk
상기 수학식 1에서, N은 물질의 복소굴절률이고, 복소굴절률의 실수부인 n은 물질의 실제 굴절률이며, 복소굴절류의 허수부인 k는 감쇠계수로서 광의 흡수를 나타낸다. 일반적인 물질의 경우 감쇠계수 k 값이 커지면 광의 흡수로 인해 광이 물질을 통과하지 못하고 흡수된다. 그러나 물질에 자기장이 인가되는 경우, 감쇠계수 k값이 작아지게 되는데, 이때 자기장의 세기가 충분히 커지면 감쇠계수 k = 0가 되어 광이 물질을 통과할 수 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 상술한 물질의 자기적 특성을 이용한 본 발명의 양호한 실시예에 따른 능동형 광학 필터의 구성 및 동작에 대해 상세하게 설명한다.
먼저, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 광학 필터(10)의 평면도와 단면도를 각각 개략적으로 도시하고 있다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 광학 필터(10)는, 자기장의 인가 여부에 따라 광을 투과시키거나 또는 차단시키는 광학 필터층(11), 상기 광학 필터층(11)의 측면 둘레를 둘러싸며 상기 광학 필터층(11)에 자기장을 인가하기 위한 자기장 인가부(12), 및 상기 자기장 인가부(12)의 측면 둘레를 둘러싸는 자기회로부(13)를 포함할 수 있다.
여기서, 자기장 인가부(12)는 상기 광학 필터층(11)의 측면 둘레를 따라 전류를 흐르게 함으로써, 상기 광학 필터층(11)을 상하로 관통하는 자기장을 발생시킨다. 이를 위하여, 상기 자기장 인가부(12)는, 예컨대, 광학 필터층(11)의 둘레를 둘러싸는 코일이거나, 또는 다른 형태의 도전체 필름으로 형성될 수 있다. 도 4b에는 광학 필터층(11)의 내부에 형성된 자기장이 입사광의 입사 방향과 반대 방향인 것으로 도시되어 있다. 그러나, 광학 필터층(11)의 내부에 형성된 자기장의 방향은 입사광의 입사 방향과 동일한 방향이라도 무방하다. 즉, 광학 필터층(11)에 입사하는 입사광의 방향과 광학 필터층(11)의 내부에 형성된 자기장의 방향이 평행하기만 하면 된다.
한편, 자기장 인가부(12)에 의해 광학 필터층(11)의 내부에 발생한 자기장은 상기 자기장 인가부(12)를 둘러싸고 있는 자기회로부(13)로 흘러들어간다. 이를 위하여, 상기 자기 회로부(13)는 강자성체와 같이 투자율(permeability)이 큰 재료로 이루어진다. 따라서, 상기 자기회로부(13)는 광학 필터층(11)의 내부를 중심으로 하는 폐자기회로를 형성할 수 있다. 그 결과, 자기장 인가부(12)에서 발생한 자기장은 능동형 광학 필터(10)의 외부로 빠져나가지 않으며, 따라서 상기 능동형 광학 필터(10)의 외부에서는 자기장에 의한 영향을 받지 않는다. 특히, 본 발명에 따른 능동형 광학 필터(10)가 디스플레이 장치의 하나의 서브화소로서 이용되는 경우에, 자기회로부(13)를 사용함으로써 한 서브화소의 동작이 그와 인접한 다른 서브화소 동작에 영향을 주지 않게 할 수 있다. 그러나, 다른 응용예에서, 만약 본 발명에 따른 능동형 광학 필터(10)가 단독으로 사용되는 경우에는, 자기회로부(13)에서 발생한 자기장이 외부에 미치는 영향을 고려하지 않아도 되므로 상기 자기회로부(13)를 생략할 수도 있다.
도 5는 도 4a 및 도 4b에 도시된 광학 필터층(11)의 개략적인 구성을 도시하고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 광학 필터층(11)은 다수의 얇은 박막 층들이 주기적으로 적층되어 있는 다층 박막 구조로 구성될 수 있다. 더욱 구체적으로 설명하자면, 본 발명에 따른 상기 광학 필터층(11)은 서로 다른 굴절률을 갖는 두 종류의 층(N1,N2)들을 기판(15) 위에 주기적으로 2층 이상 적층하여 이루어질 수 있다. 도 5에는 N2/N1/N2/N1/N1의 순서로 이루어진 단위 셀(unit cell)(16,17,18)들이 3회 적층된 구조가 예시적으로 도시되어 있다. 여기서, 각각의 박막 층(N1,N2)의 광학적 두께는 투과시키고자 하는 파장 대역의 중심 파장(λ)의 1/4이다. 따라서, 각각의 박막 층(N1,N2)의 물리적 두께(d)는 아래의 수학식 2과 같이 표현될 수 있다. 아래의 수학식 2에서 n은 해당 층의 굴절률을 나타낸다.
d = λ/4n
본 발명에 따르면, 각 박막 층(N1,N2)의 굴절률과 상기 박막 층(N1,N2)들의 적층 순서, 적층 주기 및 적층 횟수 등은, 투과 또는 반사시키고자 하는 광의 파장 대역 및 그 파장 대역에서의 광학 필터층(11)의 투과율, 반사율, 흡수율 등과 같은 광학 필터층(11)의 소망하는 광학적 특성에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예컨대, 다층 박막 기술의 통상적인 이론에 따라 각 박막 층(N1,N2)의 실수부 굴절률을 고려하여, 감쇠계수 k = 0가 될 정도로 충분한 세기의 자기장이 인가되었을 때 특정 파장 대역의 광만이 상기 광학 필터층(11)을 통과하도록 각각의 박막 층(N1,N2)들을 적절히 배열할 수 있다. 이러한 박막 층(N1,N2)들의 배치 방법은 일반적인 다층 박막 기술의 이론에 따라 용이하게 결정될 수 있는 것이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 양호한 일 실시예에 따르면, 기판(15)은 유리 등과 같은 일반적인 투명 기판일 수 있으며, 박막 층(N1,N2)들은 자기장의 변화에 따른 감쇠계수 k 값의 변화가 큰 것이라면 어떠한 종류의 재료라도 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 박막 층(N1,N2)의 재료로서 무기물이든 유기물이든 가리지 않으며, 자성체이든 비자성체이든 가리지 않고 사용될 수 있다. 이러한 구성에서, 광학 필터층(11)에 자기장이 인가되지 않은 때에는, 박막 층(N1,N2)들의 감쇠계수 k에 의해 광이 흡수되어 광이 광학 필터층(11)을 투과하지 못한다. 그리고, 광학 필터층(11)에 자기장이 인가되는 경우에는, 자기장의 인가 방향을 따라 박막 층(N1,N2)들의 감쇠계수 k = 0 가 된다. 그러면, 자기장의 인가 방향에 평행한 입사광 중에서 박막 층(N1,N2)들의 실수부 굴절률 및 배열에 따라 특정 파장 대역의 광이 상기 광학 필터층(11)을 투과할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기판(15)의 재료로서 자기장의 변화에 따른 감쇠계수 k 값의 변화가 큰 재료를 사용하고, 박막 층(N1,N2)들의 재료로는 k 값이 매우 작거나 0인 일반적인 투명 재료를 사용할 수도 있다. 이 경우, 광의 투과 여부는 기판(15)에 자기장이 인가되는지 여부에 따라 결정되며, 굴절률이 서로 다른 두 박막 층(N1,N2)들의 배열로 이루어진 다층 박막 구조는 단지 특정 파장 대역의 광을 투과 또는 반사(또는 흡수)하도록 하는 통상적인 필터의 역할만을 한다.
이러한 본 실시예의 경우, 비교적 작은 세기의 자기장으로도 쉽게 광학 필터층(11)을 동작시키기 위해서, 투자율이 비교적 높은 재료로 기판(15)을 형성할 수 있다. 예컨대, 투자율이 높은 재료로서 강자성체를 들 수가 있다. 그러나, 강자성체의 경우에는 히스테리시스(hysteresis) 특성으로 인하여 자기장이 제거된 후에도 여전히 자화 상태가 유지되는 문제가 있다. 따라서, 강자성체 재료를 기판(15)으로서 사용하는 경우에는, 이러한 히스테리시스 특성을 제거하여 상기 강자성체 재료로 된 기판(15)이 자기장에 대해 선형적으로 반응하게 만들 필요가 있다. 이를 위하여, 강자성체 재료를 수nm 정도의 직경을 갖는 나노 결정(nano-crystal)의 형태로 형성할 수 있다. 강자성체 입자가 수nm 정도 직경의 매우 작은 결정으로 존재하는 경우에는 상자성체와 같은 선형적인 특성을 갖게 되는데, 이러한 현상을 초상자 성 효과(superparamagnetic effect)라고 부른다. 초상자성 효과는, 예컨대 자기 기록 매체에 있어서는 정보 저장 밀도의 증가를 어렵게 하는 불리한 효과일 수도 있지만, 본 발명에서는 유리한 효과로 작용하게 된다. 본 발명에 따르면, 기판(15)의 재료로서 사용되는 하나의 강자성체 나노 결정의 직경은 수nm 정도로서, 강자성체 재료의 종류에 따라 달라질 수 있다. 바람직하게는, 강자성체 나노 결정의 직경은 하나의 강자성체 나노 결정이 하나의 단일 자구(single magnetic domain)를 형성할 수 있을 정도의 크기일 수 있다.
지금까지 기판(15)이 강자성체 나노 결정으로 이루어진다고 설명하였으나, 자기장에 의한 영향을 극대화 하기 위해 상기 박막 층(N1,N2)들의 재료로도 강자성체 나노 결정을 사용할 수 있을 것이다.
도 6은 자기장이 인가되지 않은 경우에 본 발명에 따른 광학 필터층(11)의 동작을 시뮬레이션한 결과를 보여준다. 여기서, 광학 필터층(11)은 도 5에 예시적으로 도시된 바와 같이, N2/N1/N2/N1/N1의 순서로 이루어진 단위 셀(16,17,18)들이 3회 적층된 구조라고 가정하였다. 그리고, 자기장이 인가되지 않았을 때의 제 1 및 제 2 박막 층(N1,N2)의 복소굴절률이 각각 N1 = 5.0 + 0.3j 및 N2 = 2.35 + 0.3j이고, 자기장이 인가되었을 때의 복소굴절률이 각각 N1 = 5.0 및 N2 = 2.35라고 가정하였다. 또한, 제 1 및 제 2 박막 층(N1,N2)의 광학적 두께는 650nm/4 = 162.5nm인 것으로 가정하였다. 상기 제 1 및 제 2 박막 층(N1,N2)의 물리적 두께는 162.5nm를 각 층의 실수부 굴절률인 5.0과 2.35로 각각 나누면 얻을 수 있다.
도 6에 도시된 시뮬레이션 결과 그래프에서, T는 투과율, R은 반사율, A는 흡수율을 나타낸다. 도 6에 도시된 시뮬레이션 결과 그래프를 참조하여 알 수 있듯이, 광학 필터층(11)에 자기장이 인가되지 않은 경우에는 모든 파장 대역에서 투과율이 0에 가깝다. 즉, 모든 파장 대역의 입사광이 광학 필터층(11)을 통과하지 못한다. 또한, 약 650nm의 파장 부근에서는 반사율도 매우 낮으며 대부분의 광이 흡수된다는 것을 알 수 있다. 그리고, 약 450nm의 파장 부근에서는 반사율과 흡수율이 거의 비슷하며, 약 850nm의 파장 부근에서는 반사율이 높아지고 흡수율이 낮아진다는 것을 알 수 있다.
반면, 도 7 내지 도 10은 자기장이 인가된 경우에 본 발명에 따른 능동형 광학 필터(10)의 광학 필터층(11)의 동작을 시뮬레이션한 결과를 보여준다. 여기서, 상기 광학 필터층(11)의 구조와 박막 층(N1,N2)들의 굴절률은 도 6의 경우와 동일하다. 도 7 내지 도 10은 시야각의 변화에 따른 광학 필터층(11)의 광학적 특성 변화를 알아보기 위하여, 입사광의 입사각을 각기 달리한 것이다. 즉, 도 7의 경우에는 입사각이 0도이고, 도 8은 입사각이 20도, 도 9는 입사각이 40도, 도 10은 입사각이 60도인 경우에 대해 시뮬레이션 하였다.
도 7 내지 도 10의 시뮬레이션 결과 그래프를 통해 알 수 있듯이, 광학 필터층(11)에 충분한 세기의 자기장이 인가되어 박막 층(N1,N2)들의 감쇠계수 k = 0가 되면, 약 620nm 내지 680nm의 좁은 파장 대역에서 대부분의 입사광이 상기 광학 필터층(11)을 투과하게 되며, 반사율은 거의 0에 가깝게 된다. 그리고, 나머지 다른 파장 대역에서는 대부분의 입사광이 반사된다. 또한, 모든 파장 대역에서 흡수율은 0에 가깝게 된다. 더욱이, 도 7 내지 도 10의 그래프를 서로 비교할 때, 상기 광학 필터층(11)의 투과율, 반사율 및 흡수율의 입사각에 따른 변화가 매우 작다는 것을 알 수 있다.
이러한 본 발명에 따르면, 광학 필터층(11) 내의 박막 층(N1,N2)들의 구조를 적절히 선택함으로서 원하는 파장 대역의 광만을 투과시키도록 하는 것이 가능하다. 즉, 자기장 인가시에 상기 광학 필터층(11)이 적색 파장 대역의 광만을 투과시키거나, 녹색 파장 대역의 광만을 투과시키거나, 또는 청색 파장 대역의 광만을 투과시키도록 광학 필터층(11)을 구성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 능동형 광학 필터(10)를 컬러 디스플레이 장치의 적색, 녹색 및 청색용 서브화소들로서 이용하는 것이 가능하다.
도 11은 본 발명에 따른 능동형 광학 필터(10)를 이용한 컬러 디스플레이 장치의 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 도 11을 참조하면, 상기 컬러 디스플레이 장치는, 백라이트 유닛(20), 상기 백라이트 유닛(20)과 대향하도록 배치된 투명 기판(30) 및 상기 투명 기판(30)의 일 표면에 형성된 능동형 광학 필터(10)로 구성된 서브화소들을 포함할 수 있다. 이러한 구조에서, 상기 컬러 디스플레이 장치는 각각의 능동형 광학 필터(10)를 개별적으로 구동함으로써 원하는 영상을 형성할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 능동형 광학 필터(10)를 이용한 컬러 디스플레이 장치는 종래에 비하여 매우 간단한 구조로 이루어질 수 있다.
한편, 지금까지 자기장의 인가 방향이 광학 필터층(11)에 입사하는 입사광의 진행 방향과 평행한 경우에 대해서만 설명하였다. 자기장의 인가 방향이 입사광의 진행 방향과 평행한 경우, 입사광의 모든 편광 성분의 방향이 동일하게 자기장의 방향에 수직하게 된다. 따라서 광학 필터층(11)을 투과한 투과광은 편광 특성의 변화가 없다. 그러나, 자기장의 인가 방향이 입사광의 진행 방향과 수직한 경우에는, 자기장의 방향과 평행한 편광 성분과 자기장의 방향에 수직한 편광 성분이 각각 존재하게 된다. 이 경우, 광학 필터층(11)을 투과한 투과광은 어느 한 편광 성분만을 갖는 편광된 광이 될 수 있다. 따라서, 투과광을 특정 편광 성분을 갖는 편광된 광으로 만들고자 하는 경우에는, 입사광에 수직한 방향의 자기장을 광학 필터층(11)에 인가할 수도 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 실시예에서는 광학 필터층(11)의 측면 둘레를 감싸도록 자기장 인가부(12)가 배치되었으나, 그 대신에 상기 광학 필터층(11)의 광입사면과 광출사면 중에서 적어도 하나의 면을 감싸도록 자기장 인가부(12)를 형성할 수 있다. 그러면 입사광의 방향에 수직한 방향의 자기장을 광학 필터층(11)에 인가하는 것이 가능하다.
지금까지, 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 모범적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
도 1 및 도 2는 자기장이 인가될 때 일반적인 물질의 밴드갭 변화를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 밴드갭 변화에 의한 물질의 파장에 따른 투과도 그래프를 개략적으로 나타낸다.
도 4a는 본 발명에 따른 능동형 광학 필터의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 4b는 본 발명에 따른 능동형 광학 필터의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 5는 도 4a 및 도 4b에 도시된 본 발명에 따른 능동형 광학 필터의 광학 필터층의 예시적인 다층 박막 구조를 개략적으로 도시한다.
도 6은 자기장이 인가되지 않은 경우에 도 5에 도시된 본 발명에 따른 능동형 광학 필터의 광학 필터층의 동작을 시뮬레이션한 결과를 보여준다.
도 7 내지 도 10은 자기장이 인가된 경우에 도 5에 도시된 본 발명에 따른 능동형 광학 필터의 광학 필터층의 동작을 시뮬레이션한 결과를 보여준다.
도 11은 도 4a 및 도 4b에 도시된 본 발명에 따른 능동형 광학 필터를 이용한 디스플레이 장치의 구조를 개략적으로 나타낸다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10.....능동형 광학 필터 11.....광학 필터층
12.....자기장 인가부 13.....자기회로부
15.....기판 16,17,18.....단위 셀
20.....백라이트 유닛 30.....투명 기판

Claims (15)

  1. 자기장의 인가 여부에 따라 광을 투과시키거나 또는 차단시키는 광학 필터층; 및
    상기 광학 필터층를 둘러싸며 상기 광학 필터층에 자기장을 인가하기 위한 자기장 인가부;를 포함하며,
    상기 광학 필터층은 서로 다른 굴절률을 갖는 두 종류의 박막 층들을 기판 위에 주기적으로 적층하여 이루어지는 다층 박막 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 능동형 광학 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기장 인가부는 상기 광학 필터층의 측면 둘레를 둘러싸는 코일 또는 도전체 필름인 것을 특징으로 하는 능동형 광학 필터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 자기장 인가부에 의해 광학 필터층에 인가되는 자기장의 방향은 상기 광학 필터층에 입사하는 입사광의 진행 방향과 평행한 것을 특징으로 하는 능동형 광학 필터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 두 종류의 박막 층들은 서로 다른 복소굴절률을 가지며, 자기장의 인가시 상기 박막 층들의 복소굴절률의 허수부인 감쇠계수 k가 0이 되는 것을 특징으로 하는 능동형 광학 필터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판은 투명 기판인 것을 특징으로 하는 능동형 광학 필터.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 박막 층들은 강자성체 나노 결정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 능동형 광학 필터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    하나의 강자성체 나노 결정은 하나의 단일 자구(single magnetic domain)를 형성하는 것을 특징으로 하는 능동형 광학 필터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 강자성체 나노 결정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 능동형 광학 필터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    하나의 강자성체 나노 결정은 하나의 단일 자구(single magnetic domain)를 형성하는 것을 특징으로 하는 능동형 광학 필터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기장 인가부는 상기 광학 필터층의 광입사면과 광출사면 중에서 적어도 하나의 면을 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 능동형 광학 필터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 자기장 인가부에 의해 광학 필터층에 인가되는 자기장의 방향은 상기 광학 필터층에 입사하는 입사광의 진행 방향에 수직한 것을 특징으로 하는 능동형 광학 필터.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 박막 층의 광학적 두께는 투과시키고자 하는 광의 파장 대역의 중심 파장의 1/4인 것을 특징으로 하는 능동형 광학 필터.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기장 인가부의 측면 둘레를 둘러싸는 것으로, 강자성체로 이루어진 자기회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 광학 필터.
  14. 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛과 대향하도록 배치된 투명 기판; 및
    상기 투명 기판의 일 표면에 형성된 다수의 서브화소;를 포함하며,
    각각의 서브화소는 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 능동형 광학 필터로 구성된 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 능동형 광학 필터는 상기 자기장 인가부의 측면 둘레를 둘러싸는 강자성체로 이루어진 자기회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3666351A (en) * 1969-11-06 1972-05-30 Battelle Development Corp Controllable magnetooptical devices employing magnetically ordered materials
EP0383923B1 (en) * 1988-02-26 1997-05-28 Fujitsu Limited Polarizing isolation apparatus and optical isolator using the same
US4968136A (en) * 1988-09-02 1990-11-06 Northrop Corporation Ring laser gyro and magnetic mirror therefor
US5351319A (en) * 1993-11-15 1994-09-27 Ford Motor Company Ferrofluid switch for a light pipe
IT1316790B1 (it) * 2000-02-25 2003-05-12 Danieli Off Mecc Metodo e dispositivo per la colata continua di materiali fusi
US6796362B2 (en) * 2000-06-01 2004-09-28 Brunswick Corporation Apparatus for producing a metallic slurry material for use in semi-solid forming of shaped parts
US7550679B1 (en) * 2004-11-30 2009-06-23 Mark Wershoven Active electromagnetic filter

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