KR20130064689A - 광굴절 복합체, 상기 광굴절 복합체를 포함하는 공간광 변조기 및 홀로그램 디스플레이 장치 - Google Patents

광굴절 복합체, 상기 광굴절 복합체를 포함하는 공간광 변조기 및 홀로그램 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

일 측면에 따라 광전도성 고분자; 비선형 광학 색소; 및 하기의 화학식 1A 내지 화학식 1C 로 표시되는 카보레인 화합물 중 1종 이상을 포함하는 광굴절 복합체를 제공한다.
Figure pat00045

상기 화학식 1A 내지 화학식 1C 중, R1 및 R2는 발명의 상세한 설명을 참조한다.

Description

광굴절 복합체, 상기 광굴절 복합체를 포함하는 공간광 변조기 및 홀로그램 디스플레이 장치{Photorefractive composite, spatial light modulator and hologram display device using the same}
광굴절 복합체, 상기 광굴절 복합체를 포함하는 공간광 변조기 및 홀로그램 디스플레이 장치에 관한 것이다.
홀로그램(hologram)을 구현하기 위하여 광굴절 복합체(photorefractive composite)를 이용한 공간광 변조기(spatial light modulator; SLM)가 활발하게 연구되고 있다. 광굴절 복합체는 비선형 광학성질(optical nonlinearity)과 광전도성(photoconductivity)을 동시에 갖고 있는 물질로서, 조사하는 빛에 의하여 발생된 전하의 재분포로 인하여 물질의 굴절율이 공간상에서 주기적으로 변화(spatial modutation of refractvie index)하는 물질이다. 공간광 변조기는 광빔(light beam)의 강도(intensity) 및 위상(phase)을 변조할 수 있는 장치로서 3D 정보를 반복적으로 기록하는 것이 가능하다. 그러나 현재 공간광 변조기는 광변조 속도가 디스플레이를 구현하기에는 충분히 빠르지 못하여 새로운 광굴절 복합체의 개발이 요구되고 있다.
일 측면은 광굴절 효율과 광굴절 속도가 향상된 광굴절 복합체를 제공하는 것이다.
다른 일 측면은 광변조 효율과 광변조 속도가 향상된 공간광 변조기를 제공하는 것이다.
다른 일 측면은 화면전환 속도가 향상된 홀로그램 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
일 측면에 따라 광전도성 고분자; 비선형 광학 색소; 및 하기의 화학식 1A 내지 화학식 1C 로 표시되는 카보레인 화합물 중 1종 이상을 포함하는 광굴절 복합체를 제공한다.
Figure pat00001
상기 화학식 1A 내지 화학식 1C 중,
R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C30 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C30 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C5-C60 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C30 아릴옥시기, 및 치환 또는 비치환된 C5-C30 아릴티오기 중 하나이이다.
다른 일 측면에 따라 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되고, 전도성 고분자, 비선형 광학 물질, 및 상기의 화학식 1A 내지 화학식 1C로 표시되는 카보레인 화합물 중 1종 이상을 포함하는 광굴절층; 을 포함하는 공간광 변조기를 제공한다.
또 다른 일 측면에 따라 물체의 3차원 영상을 기록하고 재생하기 위한 광을 조사하는 광원부; 상기 물체의 3차원 영상 정보를 입력하는 입력부; 상기 광원부로부터 조사되는 광을 이용하여 상기 입력부의 상기 물체의 3차원 영상 정보를 기록하고 상기 물체의 3차원 영상을 재생하는 상기의 공간광 변조기를 포함하는 표시부; 및 상기 광원부에서 조사되는 광을 상기 입력부와 상기 표시부로 배분하여 전달하는 광학계; 를 포함하는 홀로그램 디스플레이 장치를 제공한다.
광굴절 복합체에 전자를 공간적으로 고정시키는 역할을 할 수 있는 카보레인 화합물을 도입함으로써 광굴절 복합체의 광굴절 속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 광굴절 속도가 향상된 광굴절 복합체를 사용함으로써 광변조 속도가 향상된 공간광 변조기 및 화면전환 속도가 향상된 홀로그램 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 공간광 변조기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 일 구현예에 따른 홀로그램 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 실시예 1, 2 및 비교예 1의 광굴절 소자의 암전도도(dark conductivity) 대 전기장의 그래프이다.
도 4는 실시예 1, 2 및 비교예 1의 광굴절 소자의 광전도도(photo conductivity) 대 전기장의 그래프이다.
이하에서 일 구현예에 따른 광굴절 복합체에 관하여 상세하게 설명한다.
일 구현예에 따른 광굴절 복합체는 광전도성 고분자, 비선형 광학 색소 및 카보레인 화합물을 포함한다.
광전도성 고분자는 전자기 방사(electomagnetic radiatiion)를 흡수하면 전기 전도도가 향상되는 고분자이다. 전자기 방사에는 가시광, UV, 적외선 등의 광이 포함된다. 광전도성 고분자는 광굴절 복합체 내에서 광조사에 의하여 생성된 전하를 이동시켜서 정공과 전자의 공간적 비율을 변화시킴으로써 광굴절 복합체 내부에 전기장을 유도시킬 수 있다.
광전도성 고분자는 예를 들면, 카바졸 유닛 또는 트리페닐아민 유닛을 포함할 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니다. 광전도성 고분자는 예를 들면, 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole: PVK), 폴리실록산카바졸(polysiloxane carbazole), 폴리파라페닐렌비닐렌(polyparaphenylenevinylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리알킬티오펜(polyalkylthiophene), 카바졸 치환된 폴리 실란(carbazole-substituted polysiloxane: PSX-Cz), 폴리페닐터프탈레이트카바졸(poly(p-phenylene terephthalate) carbazole: PPT-CZ), 폴리아크릴레이트트리페닐아민(polyacrylate triphenylamine: TATPD) 이들의 유도체, 이들의 혼합물 또는 이들의 공중합체를 포함할 수 있다.
광전도성 고분자는 전체 광굴절 복합체 100 중량부에 대하여 30-60 중량부의 범위를 가질 수 있다.
비선형 광학 색소(nonlinear optical chromophore)는 광굴절 복합체 내부에 유도된 전기장에 의하여 공간적인 굴절율 차이를 나타내게 한다.
비선형 광학 색소는 예를 들면, PDCST(4-piperidinobenzylidene malononitrile), DMNPAA(2,5-dimethyl-4-(p-nitrophenylazo)anisole), DHADC-MPN(2,N,N-dihexyl-amino-7-dicyanomethylidenyl-3,4,5,6,10-pentahydronaphthalene), AODCST(4-di(2-methoxyethyl)aminobenzylidene malonotitrile), ATOP(amino-thienyl-dioxocyano-pyridine), FTCN(fluorinated cyano-tolane chromophore), 또는 DEANST(diethylamino-nitrostyrene)을 포함할 수 있다.
Figure pat00002
<PDCST>
Figure pat00003
<DMNPAA>
Figure pat00004
<DHADC-MPN>
Figure pat00005
<AODCST>
Figure pat00006
<ATOP>
Figure pat00007
<FTCN>
Figure pat00008
<DEANST>
Figure pat00009
<5CB>
Figure pat00010
<8OCB>
비선형 광학 색소는 전체 광굴절 복합체 100 중량부에 대하여 20-50 중량부의 범위를 가질 수 있다.
전자 부족(electron-deficient) 원자인 보론을 다수 포함하고 있는 카보레인 화합물은 전자 친화도(electron affinity)가 매우 우수하여 전자를 잘 트랩할 수 있다. 광굴절 복합체 내에서 전자가 잘 트랩되면 정공과 전자의 공간적 분포의 차이가 생겨서 광굴절 변환 속도가 증가될 수 있으며, 또한 암전류(dark current)가 크게 감소하여 광굴절 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 카보레인 화합물은 광을 흡수할 수 있으며, 카보레인 화합물의 공액 길이(conjugation length)를 조절하여 흡수되는 광의 파장 영역을 조절할 수 있다. 카보레인 화합물의 공액 길이는 치환기를 변경하여 조절할 수 있다. 예를 들면, 벤젠 고리가 길어져서 공액 길이가 증가되어 카보레인 화합물의 광흡수 영역이 가시광선 영역에 속할 수 있다. 카보레인 화합물의 광흡수 영역이 가시광선 영역일 경우, 카보레인 화합물이 가시광선을 받아서 광굴절 복합체 내에 전하를 생성하는 감광제의 역할을 수행할 수 있으므로 광굴절 복합체에 별도의 감광제를 사용하지 않을 수 있다.
카보레인 화합물은 하기의 화학식 1A 내지 1C로 표시되는 화합물 중 하나일 수 있다.
<화학식 1A> <화학식 1B> <화학식 1C>
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013

상기 화학식 1A 내지 1C 중, R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C30 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C30 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C5-C60 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C30 아릴옥시기, 또는 치환 또는 비치환된 C5-C30 아릴티오기 중 하나일 수 있다. 이때 상기 치환된 C5-C60 아릴기는 하나 이상의 카보레인기를 포함할 수 있고, 카보레인기를 포함하지 않을 수도 있다.
상기 "치환 또는 비치환된 A(A는 임의의 치환기)"라는 표현 중 "치환된 A"란 용어는 "상기 A의 하나 이상의 수소 원자가 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기 또는 이의 염 유도체, 술폰산기 또는 이의 염 유도체, 인산기 또는 이의 염 유도체, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C1-C20 알콕시기, C3-C20 시클로알킬기, C3-C20 시클로알케닐기, C5-C60 아릴기, C5-C20 아릴옥시기, C5-C20 아릴티오기, C3-C20 헤테로아릴기, N(Q1)(Q2)로 표시되는 그룹 및 Si(Q3)(Q4)(Q5)로 표시되는 그룹 중 하나로 치환된 A"를 의미한다. 여기서, Q1 내지 Q5는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 아미노기, 니트로기, 카르복실기, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C1-C20 알콕시기, C3-C20 시클로알킬기, C3-C20 시클로알케닐기, C5-C60 아릴기, C5-C20 아릴옥시기, C5-C20 아릴티오기 및 C3-C20 헤테로아릴기 중 하나일 수 있다.
예를 들면, 카보레인 화합물은 하기의 화학식 2A 내지 2P로 표시되는 화합물 중 하나일 수 있다.
Figure pat00014
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
상기 화학식 2A 내지 2P 중, Z1 및 Z2는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C20 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C20 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C5-C60 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C20 아릴옥시기, 및 치환 또는 비치환된 C5-C20 아릴티오기 중 하나이다.
복수 개의 Z1 및 Z2는 각각 서로 동일하거나 상이할 수 있고, p 및 q 는 1 내지 5 의 정수 중 하나이고, n 은 0 내지 10 의 정수 중 하나이다.
Ar1, Ar2 및 Ar3 은 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴렌기이고, a 및 b는 각각 0 내지 2의 정수 중 하나이고, c는 1 내지 5의 정수 중 하나이다.
더욱 구체적으로, 카보레인 화합물은 하기의 화학식 2A 내지 2C로 표시되는 화합물 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00020
또한, 상기 화학식 2N 내지 화학식 2P로 표시되는 카보레인 화합물은 하기의 화학식 3A 내지 화학식 3D로 표시되는 카보레인 화합물 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00021
Figure pat00022
카보레인 화합물은 전체 광굴절 복합체 100 중량부에 대하여 0.1-5 중량부의 범위를 가질 수 있다.
다른 일 구현예에 따른 광굴절 복합체는 광전도성 고분자, 비선형 광학 색소, 카보레인 화합물 및 광감제(sensitizer)를 포함한다.
광전도성 고분자, 비선형 광학 색소 및 카보레인 화합물은 앞에서 설명한 바와 같다.
광감제(sensitizer)는 특정한 파장대의 광원, 예를 들면 가시광선에 의해 여기되어 전자와 정공을 생성할 수 있다. 광감제는 예를 들면, C60 풀러렌(C60 fullerene), PCBM(phenyl-C61-butyric acid methyl ester), TNF(2,4,7-trinitrofluorenone), 또는 TNFDM(2,4,7-trinitro-9-fluorenylidene-malononitrile) 을 포함할 수 있다.
Figure pat00023
Figure pat00024
본 구현예에서 광전도성 고분자는 전체 광굴절 복합체 100 중량부에 대하여 30-60 중량부의 범위를 가질 수 있다. 비선형 광학 색소는 전체 광굴절 복합체 100 중량부에 대하여 20-50 중량부의 범위를 가질 수 있다. 카보레인 화합물은 전체 광굴절 복합체 100 중량부에 대하여 0.1-5 중량부의 범위를 가질 수 있다. 감광제는 전체 광굴절 복합체 100 중량부에 대하여 0.1-3 중량부의 범위를 가질 수 있다.
또 다른 일 구현예에 따른 광굴절 복합체는 광전도성 고분자, 비선형 광학 색소, 카보레인 화합물, 광감제 및 가소제(plasticizer)를 포함한다.
광전도성 고분자, 비선형 광학 색소, 카보레인 화합물 및 감광제는 앞에서 설명한 바와 같다.
가소제는 광굴절 복합체의 유리 전이 온도를 감소시킴으로써 광굴절 복합체 물질들의 자유도를 증가시켜 배향 증가(orientational enhancement) 효과에 의해 광굴절 효율을 향상시킬 수 있다.
가소제는 예를 들면, ECZ(ethylcarbazole), DMP(dimethylphthalate), DEP(diethylphthalate), DIBP(diisobutylphtalate), DBP(dibutylphtalate), DHP((diheptylphtalate), DOP(di-2-ethylhexyl phthalate), DIOP(dioctyl phthalate), DnOP (di-n-octyl phthalate), DNP(dinonylphthalate), DIDP(diisodecylphthalate), DTDP(ditridecylphthalate), DCHP(dicyclohexyl phthalate); BBP(benzyl butyl phthalate), BLP(butyllauryl phthalate), DOA(dioctyl adipate), DIDA(diisodecyl adipate), DOZ(dioctyl azelate), DBS(dibutyl sebacate), DOS(dioctyl sebacate), DOTP(dioctyl terephthalate), DEDB(diethylene glycol dibenzoate), BO(butyl oleate), TCP(tricresyl phosphate), TOP (trioctyl phosphate), TPP(triphenyl phosphate), TCEP(trichloroethyl phosphate) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 구현예에서 광전도성 고분자는 전체 광굴절 복합체 100 중량부에 대하여 30-60 중량부의 범위를 가질 수 있다. 비선형 광학 색소는 전체 광굴절 복합체 100 중량부에 대하여 20-50 중량부의 범위를 가질 수 있다. 카보레인 화합물은 전체 광굴절 복합체 100 중량부에 대하여 0.1-5 중량부의 범위를 가질 수 있다. 감광제는 전체 광굴절 복합체 100 중량부에 대하여 0.1-3 중량부의 범위를 가질 수 있다. 가소제는 전체 광굴절 복합체 100 중량부에 대하여 1-30 중량부의 범위를 가질 수 있다.
이하에서 일 구현예에 따른 공간광 변조기(space light modulator: SLM)에 관하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 공간광 변조기를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 일 구현예에 따른 공간광 변조기(100)는 제1 전극(10), 상기 제1 전극(10)과 대향하는 제2 전극(30), 상기 제1 전극(10)과 상기 제2 전극(30) 사이에 개재된 광굴절층(20)을 포함한다. 제1 전극(10)은 Au, Al, ITO, IZO 등의 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 전극(30)은 제1 전극(10)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
광굴절층(20)은 앞의 구현예들에서 설명한 전도성 고분자, 비선형 광학 색소 및 카보레인 화합물을 포함하는 광굴절 복합체로 이루어질 수 있다.
광굴절층(20)에 동일한 파장의 가간섭성 광(coherent light)이 조사되면 보강간섭이 일어난 부분에서 전하가 생성되어 이동하면서 내부 전기장이 생성된다. 내부 전기장에 의하여 광굴절층(20) 내에서 굴절율이 변하여 회절격자 구조가 형성된다. 공간광 변조기에 형성된 회절격자는 3차원 영상의 정보를 가지고 있어 기준광(reference beam)를 조사해 주면 3차원 영상을 공간광 변조기 주위에 형성시키게 된다.
본 구현예에서는 광굴절층(20)에 위에서 설명한 바와 같은 카보레인 화합물을 포함하는 광굴절 복합체를 사용함으로써, 조사되는 광이 변화함에 따른 전하의 재분포 속도를 빠르게 하여 광굴절 속도가 향상될 수 있고 따라서 광변조 속도가 향상될 수 있다.
이하에서 일 구현예에 따른 홀로그램 디스플레이 장치에 관하여 상세하게 설명한다.
도 2는 일 구현예에 따른 홀로그램 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2를 참조하면, 일 구현예에 따른 홀로그램 디스플레이 장치(200)는 광원부(210), 입력부(220), 광학계(230) 및 표시부(240)를 포함한다.
광원부(210)는 입력부(220) 및 표시부(240)에서 물체의 3차원 영상 정보를 제공, 기록 및 재생하는데 사용되는 레이저빔을 조사하는 부분이다.
입력부(220)는 표시부(240)에 기록할 물체의 3차원 영상 정보를 미리 입력하는 부분이다. 입력부(220)는 예를 들면, 전기 구동 액정 SLM(electrically addressed liquid crystal SLM)(221)에 공간별 빛의 세기와 위상과 같은 물체의 3차원 정보를 입력할 수 있다. 이때 입력빔(212)이 사용될 수 있다.
광학계(230)는 미러, 편광기, 빔스플리터, 빔셔터, 렌즈 등으로 구성될 수 있다. 광학계(230)는 광원부(210)에서 나오는 레이저빔(211)을 입력부(220)로 보내는 입력빔(212), 표시부(240)로 보내는 기록빔(213), 기준빔(214), 소거빔(215), 독출빔(216) 등으로 분배할 수 있다.
표시부(240)는 입력부(220)로부터 물체의 3차원 영상 정보를 전달받아서 광학 구동 SLM(optically addressed SLM)으로 이루어진 홀로그램 플레이트(241)에 기록하고, 물체의 3차원 영상을 재생할 수 있다. 이때, 입력빔(213)과 기준빔(214)의 간섭을 통하여 물체의 3차원 영상 정보를 기록할 수 있다. 홀로그램 플레이트(241)의 광학 구동 SLM은 위의 구현예에 따른 공간광 변조기를 사용할 수 있다. 홀로그램 플레이트(241)에 기록된 물체의 3차원 영상 정보는 독출빔(216)이 생성하는 회절 패턴에 의하여 3차원 영상으로 재생될 수 있다. 소거빔(215)은 형성된 회절 격자를 빠르게 원상태로 만드는데 사용될 수 있다. 한편, 홀로그램 플레이트(241)를 3차원 영상을 입력하는 위치와 재생하는 위치 사이에서 이동시킬 수 있다.
본 구현예의 홀로그램 디스플레이 장치는 홀로그램 플레이트(241)의 광학 구동 SLM 에 위의 구현예에서 설명한 바와 같은 공간광 변조기를 사용함으로써, 빠른 광변조 속도에 따라서 화면 전환 속도가 향상될 수 있다.
한편, 위에서 설명한 홀로그램 디스플레이 장치뿐만 아니라, 다양한 형태의 홀로그램 디스플레이 장치에 대하여 상기 구현예들에서 설명한 광굴절 복합체 및 공간광 변조기를 적용될 수 있다.
실시예 1
중량비 49.4: 30: 20: 0.5: 0.1의 PVK: PDCST: ECZ: PCBM: 화학식 2A(o-카보레인, Aldrich)을 톨루엔 용매에 녹여서 광굴절 복합체용 용액을 제조하였다. 이때 톨루엔 용매에 대한 전체 조성물(PVK, PDCST, ECZ, PCBM 및 o-카보레인)의 중량비는 4:1이었다.
상기 광굴절 복합체용 용액을 스페이서에 의하여 100㎛ 간격으로 벌어진 두 ITO 전극 사이에 채우고, 증발에 의하여 용매를 제거함으로써 두 전극 사이에 광굴절층을 포함하는 광굴절 소자를 형성하였다.
실시예 2
광굴절 복합체용 용액에서 o-카보레인 대신, 화학식 3B의 카보레인 화합물을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 광굴절 소자를 형성하였다.
실시예 3
광굴절 복합체용 용액에서 o-카보레인 대신, 화학식 3D의 카보레인 화합물을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 광굴절 소자를 형성하였다.
비교예 1
카보레인 화합물을 사용하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐서 광굴절 소자를 형성하였다.
실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예의 광굴절 복합체의 성분비를 아래 표 1에 나타내었다.
광전도성 고분자 비선형
광학색소		 광감제 가소제 카보레인 화합물
실시예 1 PVK
49.4 wt %		 PDCST
30 wt %		 PCBM
0.5 wt %		 ECZ
20 wt %		 화학식 2A
0.1 wt %
실시예 2 PVK
49.4 wt %		 PDCST
30 wt %		 PCBM
0.5 wt %		 ECZ
20 wt %		 화학식 3B
0.1 wt %
실시예 3 PVK
49.4 wt %		 PDCST
30 wt %		 PCBM
0.5 wt %		 ECZ
20 wt %		 화학식 3D
0.1 wt %
비교예 PVK
49.5 wt %		 PDCST
30 wt %		 PCBM
0.5 wt %		 ECZ
20 wt %		 -
전도도 특성( conductivity characteristics )
도 3은 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1의 광굴절 소자의 암전도도(dark conductivity) 대 전기장의 그래프이다. 도 3의 암전도도 대 전기장 특성은 빛이 들어가지 않는 조건에서 광굴절 소자에 전압을 인가하면서 전도도를 측정하여 얻었다. 도 3의 그래프를 참조하면, 실시예 1의 광굴절 소자의 암전도도가 가장 낮았고, 또한, 실시예 1 내지 실시예 3의 광굴절 소자의 암전도도가 모두 비교예 1의 광굴절 소자의 암전도도보다 더 낮았다. 이는 카보레인이 높은 전자 친화력을 갖고 있어서 효율적으로 전자를 포획하여 전류를 낮추기 때문으로 여겨진다. 암전도도가 낮으므로 광굴절 소자의 효율 또한 우수할 것으로 예상된다.
도 4는 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1의 광굴절 소자의 광전도도(photo conductivity) 대 전기장의 그래프이다. 도 4의 암전도도 대 전기장 특성은 광굴절 소자에 13mW의 633㎚ 파장의 He-Ne 레이저를 조사하는 조건에서 얻었다. 도 4의 그래프를 참조하면, 실시예 2 및 실시예 3의 광굴절 소자의 광전도도가 가장 높고, 실시예 1과 비교예 1의 광굴절 소자의 광전도도는 거의 비슷한 수준이었다.
상기 실시예 1 내지 실시예 3의 광굴절 소자의 전도도 특성으로부터 본 구현예에 의한 광굴절 소자의 특성이 종래의 광굴절 소자 보다 우수함을 알 수 있다.
100: 공간광 변조기 10: 제1 전극
20: 광굴절층 30: 제2 전극
200: 홀로그램 디스플레이 장치 210: 광원부
220: 입력부 230: 광학계
240: 표시부 221: 전기 구동 액정 SLM
241: 홀로그램 플레이트

Claims (30)

  1. 광전도성 고분자;
    비선형 광학 색소; 및
    하기의 화학식 1A 내지 화학식 1C 로 표시되는 카보레인 화합물 중 1종 이상을 포함하는 광굴절 복합체:
    Figure pat00025

    상기 화학식 1A 내지 화학식 1C 중,
    R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C30 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C30 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C5-C60 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C30 아릴옥시기, 및 치환 또는 비치환된 C5-C30 아릴티오기 중 하나이다.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 카보레인 화합물은 하기의 화학식 2A 내지 2M 으로 표시되는 화합물 중 하나인 광굴절 복합체:
    Figure pat00026

    Figure pat00027

    Figure pat00028

    Figure pat00029

    상기 화학식 2A 내지 화학식 2M 중,
    Z1 및 Z2 는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C20 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C20 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 및 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴티오기 중 하나이고,
    복수 개의 Z1 및 Z2는 각각 서로 동일하거나 상이할 수 있고, p 및 q 는 1 내지 5 의 정수 중 하나이고, n 은 0 내지 10 의 정수 중 하나이다.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 치환된 C5-C60 아릴기는 적어도 하나 이상의 카보레인기를 포함하는 광굴절 복합체.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 카보레인 화합물은 하기의 화학식 2N 내지 2P로 표시되는 화합물 중 하나인 광굴절 복합체:
    Figure pat00030

    Figure pat00031

    상기 화학식 2N 내지 화학식 2P 중,
    Z1 및 Z2 는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C20 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C20 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 및 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴티오기 중 하나이고,
    복수 개의 Z1 및 Z2는 각각 서로 동일하거나 상이할 수 있고, p 및 q 는 1 내지 5 의 정수 중 하나이고, n 은 0 내지 10 의 정수 중 하나이고,
    Ar1, Ar2 및 Ar3 은 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴렌기이고, a 및 b는 각각 0 내지 2의 정수 중 하나이고, c는 1 내지 5의 정수 중 하나이다.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 카보레인 화합물은 하기의 화학식 2A 내지 2C로 표시되는 화합물 중 하나인 광굴절 복합체:
    Figure pat00032
  6. 제4 항에 있어서, 상기 화학식 2N 내지 화학식 2P로 표시되는 화합물은 하기의 화학식 3A 내지 화학식 3D로 표시되는 화합물 중 하나인 광굴절 복합체:
    Figure pat00033

    Figure pat00034
  7. 제1 항에 있어서, 상기 카보레인 화합물은 전체 광굴절 복합체 100 중량부에 대하여 0.1-5 범위의 중량부인 광굴절 복합체.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 전도성 고분자는 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole: PVK), 폴리실록산카바졸(polysiloxane carbazole), 폴리파라페닐렌비닐렌(polyparaphenylenevinylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리알킬티오펜(polyalkylthiophene), 또는 이들의 혼합물을 포함하는 광굴절 복합체.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 전도성 고분자는 전체 광굴절 복합체 100 중량부에 대하여 30-60 범위의 중량부인 광굴절 복합체.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 비선형 광학 색소는 PDCST(4-piperidinobenzylidene malononitrile), DMNPAA(2,5-dimethyl-4-(p-nitrophenylazo)anisole), DHADC-MPN(2,N,N-dihexyl-amino-7-dicyanomethylidenyl-3,4,5,6,10-pentahydronaphthalene), AODCST(4-di(2-methoxyethyl)aminobenzylidene malonotitrile), ATOP(amino-thienyl-dioxocyano-pyridine), FTCN(fluorinated cyano-tolane chromophore), DEANST(diethylamino-nitrostyrene), 또는 이들의 혼합물을 포함하는 광굴절 복합체.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 비선형 광학 색소는 전체 광굴절 복합체 100 중량부에 대하여 20-50 범위의 중량부인 광굴절 복합체.
  12. 제1 항에 있어서, 광감제를 더 포함하는 광굴절 복합체.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 광감제는 C60 풀러렌(C60 fullerene), PCBM(phenyl-C61-butyric acid methyl ester), TNF(2,4,7-trinitrofluorenone), TNFDM(2,4,7-trinitro-9-fluorenylidene-malononitrile) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 광굴절 복합체.
  14. 제12 항에 있어서, 상기 광감제는 전체 광굴절 복합체 100 중량부에 대하여 0.1-3 범위의 중량부인 광굴절 복합체.
  15. 제1 항에 있어서, 가소제를 더 포함하는 광굴절 복합체.
  16. 제15 항에 있어서, 상기 가소제는 ECZ(ethylcarbazole), DMP(dimethylphthalate), DEP(diethylphthalate), DIBP(diisobutylphtalate), DBP(dibutylphtalate), DHP((diheptylphtalate), DOP(di-2-ethylhexyl phthalate), DIOP(dioctyl phthalate), DnOP (di-n-octyl phthalate), DNP(dinonylphthalate), DIDP(diisodecylphthalate), DTDP(ditridecylphthalate), DCHP(dicyclohexyl phthalate); BBP(benzyl butyl phthalate), BLP(butyllauryl phthalate), DOA(dioctyl adipate), DIDA(diisodecyl adipate), DOZ(dioctyl azelate), DBS(dibutyl sebacate), DOS(dioctyl sebacate), DOTP(dioctyl terephthalate), DEDB(diethylene glycol dibenzoate), BO(butyl oleate), TCP(tricresyl phosphate), TOP (trioctyl phosphate), TPP(triphenyl phosphate), TCEP(trichloroethyl phosphate), 또는 이들의 혼합물을 포함하는 광굴절 복합체.
  17. 제15 항에 있어서, 상기 가소제는 전체 광굴절 복합체 100 중량부에 대하여 1-20 범위의 중량부인 광굴절 복합체.
  18. 제1 전극;
    상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되고, 전도성 고분자, 비선형 광학 물질, 및 하기의 화학식 1A 내지 화학식 1C로 표시되는 카보레인 화합물 중 1종 이상을 포함하는 광굴절층; 을 포함하는 공간광 변조기:
    Figure pat00035

    상기 화학식 1A 내지 1C 중,
    R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C30 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C30 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C5-C60 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C30 아릴옥시기, 및 치환 또는 비치환된 C5-C30 아릴티오기 중 하나이다.
  19. 제18 항에 있어서, 상기 카보레인 화합물은 하기의 화학식 2A 내지 2M으로 표시되는 화합물 중 하나인 공간광 변조기:
    Figure pat00036

    Figure pat00037

    Figure pat00038

    Figure pat00039

    상기 화학식 2A 내지 2M 중,
    복수 개의 Z1 및 Z2는 각각 서로 동일하거나 상이할 수 있고, p 및 q 는 1 내지 5 의 정수 중 하나이고, n 은 0 내지 10 의 정수 중 하나이다.
  20. 제18 항에 있어서, 상기 치환된 C5-C60 아릴기는 적어도 하나 이상의 카보레인기를 포함하는 공간광 변조기.
  21. 제20 항에 있어서, 상기 카보레인 화합물은 하기의 화학식 2N 내지 2P로 표시되는 화합물 중 하나인 공간광 변조기:
    Figure pat00040

    Figure pat00041

    상기 화학식 2N 내지 화학식 2P 중,
    Z1 및 Z2 는 서로 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C20 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C20 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 및 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴티오기 중 하나이고,
    복수 개의 Z1 및 Z2는 각각 서로 동일하거나 상이할 수 있고, p 및 q 는 1 내지 5 의 정수 중 하나이고, n 은 0 내지 10 의 정수 중 하나이고,
    Ar1, Ar2 및 Ar3 은 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴렌기이고, a 및 b는 각각 0 내지 2의 정수 중 하나이고, c는 1 내지 5의 정수 중 하나이다.
  22. 제18 항에 있어서, 상기 카보레인 화합물은 하기의 화학식 2A 내지 2C로 표시되는 화합물 중 하나인 공간광 변조기:
    Figure pat00042
  23. 제21 항에 있어서, 상기 화학식 2N 내지 화학식 2P로 표시되는 화합물은 하기의 화학식 3A 내지 화학식 3D로 표시되는 화합물 중 하나인 공간광 변조기:
    Figure pat00043

    Figure pat00044
  24. 제18 항에 있어서, 상기 전도성 고분자는 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole: PVK), 폴리실록산카바졸(polysiloxane carbazole), 폴리파라페닐렌비닐렌(polyparaphenylenevinylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리알킬티오펜(polyalkylthiophene), 또는 이들의 혼합물을 포함하는 공간광 변조기.
  25. 제18 항에 있어서, 상기 비선형 광학 색소는 PDCST(4-piperidinobenzylidene malononitrile), DMNPAA(2,5-dimethyl-4-(p-nitrophenylazo)anisole), DHADC-MPN(2,N,N-dihexyl-amino-7-dicyanomethylidenyl-3,4,5,6,10-pentahydronaphthalene), AODCST(4-di(2-methoxyethyl)aminobenzylidene malonotitrile), ATOP(amino-thienyl-dioxocyano-pyridine), FTCN(fluorinated cyano-tolane chromophore), DEANST(diethylamino-nitrostyrene), 또는 이들의 혼합물을 포함하는 공간광 변조기.
  26. 제18 항에 있어서, 상기 광굴절층은 광감제를 더 포함하는 공간광 변조기.
  27. 제26 항에 있어서, 상기 광감제는 C60 풀러렌(C60 fullerene), PCBM(phenyl-C61-butyric acid methyl ester), TNF(2,4,7-trinitrofluorenone), TNFDM(2,4,7-trinitro-9-fluorenylidene-malononitrile) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 공간광 변조기.
  28. 제18 항에 있어서, 상기 광굴절층은 가소제를 더 포함하는 공간광 변조기.
  29. 제28 항에 있어서, 상기 가소제는 ECZ(ethylcarbazole), DMP(dimethylphthalate), DEP(diethylphthalate), DIBP(diisobutylphtalate), DBP(dibutylphtalate), DHP((diheptylphtalate), DOP(di-2-ethylhexyl phthalate), DIOP(dioctyl phthalate), DnOP (di-n-octyl phthalate), DNP(dinonylphthalate), DIDP(diisodecylphthalate), DTDP(ditridecylphthalate), DCHP(dicyclohexyl phthalate); BBP(benzyl butyl phthalate), BLP(butyllauryl phthalate), DOA(dioctyl adipate), DIDA(diisodecyl adipate), DOZ(dioctyl azelate), DBS(dibutyl sebacate), DOS(dioctyl sebacate), DOTP(dioctyl terephthalate), DEDB(diethylene glycol dibenzoate), BO(butyl oleate), TCP(tricresyl phosphate), TOP (trioctyl phosphate), TPP(triphenyl phosphate), TCEP(trichloroethyl phosphate), 또는 이들의 혼합물을 포함하는 공간광 변조기.
  30. 물체의 3차원 영상을 기록하고 재생하기 위한 광을 조사하는 광원부;
    상기 물체의 3차원 영상 정보를 입력하는 입력부;
    상기 광원부로부터 조사되는 광을 이용하여 상기 입력부의 상기 물체의 3차원 영상 정보를 기록하고 상기 물체의 3차원 영상을 재생하는 제16 항 내지 제25 항 중 어느 한 항의 공간광 변조기를 포함하는 표시부; 및
    상기 광원부에서 조사되는 광을 상기 입력부와 상기 표시부로 배분하여 전달하는 광학계; 를 포함하는 홀로그램 디스플레이 장치.
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