KR20140063335A - 선격자 편광자 및 그 제조방법 - Google Patents

선격자 편광자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선격자 편광자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 선격자 편광자는 기판 상에 저굴절율 유전체층 및 고굴절율 유전체층이 순차적으로 적층된 적층 구조를 적어도 하나 이상 포함하는 선격자 구조체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 다양한 파장 대역에서 우수한 편광도가 갖는 선격자 편광자를 제공할 수 있다.

Description

선격자 편광자 및 그 제조방법{WIRE GRID TYPE POLARIZER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE POLAIZER}
본 발명은 선격자 편광자 및 그 제조방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로 반사형 선격자 편광자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
선격자 편광자는 비편광된 빛을 특정 진동방향을 갖는 직선 편광으로 유도하는 광학소자의 일종이며, 광투과성 기판 상에 복수의 스트라이프 패턴이 서로 평행하게 배열된 구조를 갖고, 상기 스트라이프 패턴의 피치가 입사광의 파장보다 충분히 짧은 경우, 입사광 중에서 상기 스트라이프 패턴에 직교하는 전기장 벡터를 갖는 성분 (즉, p 편광) 은 투과하고, 상기 스트라이프 패턴과 평행한 전기장 벡터를 갖는 성분 (즉, s 편광)은 반사 또는 흡수된다. 이 때, 상기 스트라이프 패턴과 평행한 전기장 벡터를 갖는 성분 (즉, s 편광)이 반사되는 선격자 편광자를 반사형 선격자 편광자라고 한다.
일반적으로, 종래에는 반사형 선격자 편광자가 반사율이 높은 금속으로 이루어진 선격자 패턴층을 포함하였다. 그런데, 금속으로 이루어진 반사형 선격자 편광자는 편광 특성이 구현되는 파장 대역이 일부 영역에 한정된다는 점에서 문제점이 있었으며, 특히 자외선 파장 대역에서 편광 특성 구현이 어렵다는 문제점이 있었다. 여기서, 편광 특성이란, 특정 편광(선 격자 패턴에 평행한 편광)만 투과시키는 특성을 말한다.
또한, 종래의 반사형 선격자 편광자는 원하는 파장 대역에서 편광 특성을 구현하기 위해서는 파장의 크기에 따라 패턴의 피치를 조절하여야 하기 때문에, 공정 기술 상 편광 특성을 구현하는 파장 대역이 제한적일 수 밖에 없었다. 특히 자외선 파장 대역에서 편광 특성을 구현하는 반사형 선격자 편광자를 제조하는 것에 공정 상 많은 어려움이 있었다.
따라서, 당 기술분야에서는 다양한 파장 대역, 특히 자외선 파장 대역에서 편광 특성이 우수한 선격자 편광자를 제공할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1 태양은 선격자 편광자에 관한 것으로서, 기판 상에 저굴절율 유전체층 및 고굴절율 유전체층이 순차적으로 적층된 적층 구조를 적어도 하나 이상 포함하는 선격자 구조체를 포함한다.
본 발명의 제2 태양은 선격자 편광자의 제조방법에 관한 것으로서, (a) 저굴절율 유전체층 및 고굴절율 유전체층이 순차적으로 적층된 적층 구조를 포함하는 기판을 마련하는 단계; (b) 상기 적층 구조를 선격자 형상으로 패터닝하는 단계를 포함한다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점 및 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 다양한 파장 대역, 특히 자외선 파장 대역에서 편광 특성이 우수한 선격자 편광자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 선격자 편광자를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 선격자 편광자의 선격자 구조체에서의 빛의 경로를 보여주는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
다만, 하기 도면들은 본 발명을 보다 잘 이해할 수 있도록 하기 위해 작성된 것으로, 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 구성요소를 나타내며, 원활한 설명을 위해 도면 상에 나타난 구성요소들은 과장, 축소 또는 생략될 수 있음을 밝힌다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 선격자 편광자를 보여주는 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 선격자 편광자에서의 광 경로를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 선격자 편광자는, 기판(100) 및 선격자 구조체(200)를 포함한다.
구체적으로, 상기 기판(100)은, 자외선 및 가시광선의 파장 대역에서 광투과도가 높은 기판이면 되고, 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 유리 기판, 석영(Quartz)기판 또는 플라스틱 기판 등이 이용될 수 있고, 이 중 석영(Quartz)은 가시광선뿐 아니라 자외선 파장 대역에서 광투과도가 우수함으로 바람직하다.
또한, 선격자 구조체(200)는 상기 기판(100) 상에 선 격자 패턴 형상으로 형성되며, 저굴절율 유전체층(210) 및 고굴절율 유전체층(220)이 순차적으로 적층된 적층 구조(230)를 적어도 하나 이상 포함한다. 이는, 선격자 구조체(200)에 입사되는 빛 중 선격자 패턴에 평행한 편광(s 편광)이 각 유전체층에서 반사되도록 하여, 선격자 패턴에 직교한 편광(p 편광)은 투과되고 선격자 패턴에 평행한 편광(s 편광)은 반사되도록 하기 위함(편광 특성 구현)이다(도 2 참조). 또한, 여기서, 저굴절율 유전체층(210)은 고굴절율 유전체층(220)에 비해 상대적으로 굴절율이 낮은 유전체층을 말하며, 고굴절율 유전체층(220)은 저굴절율 유전체층(210)에 비해 상대적으로 굴절율이 높은 유전체층을 말한다.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 저굴절율 유전체층(210) 및 고굴절율 유전체층(220)의 두께는 편광능을 나타내고자 하는 파장 대역 및 유전체층의 굴절율에 따라 다양하게 조절될 수 있으며, 바람직하게는, 편광능을 나타내고자 하는 파장 대역의 1/4 파장의 광학 두께 정도인 것이 바람직하다. 구체적으로는 상기 저굴절율 유전체층의 두께는 하기 식 1에 따라 결정되고, 상기 고굴절율 유전체층의 두께는 하기 식 2에 따라 결정될 수 있다.
[식 1]
dL=λ/4nL
여기서, dL은 저굴절율 유전체층의 두께, λ는 편광 분리되는 빛의 파장, nL 저굴절율 유전체층의 굴절율임.
[식 2]
dH=λ/4nH
여기서, dH은 고굴절율 유전체층의 두께, λ는 편광 분리되는 빛의 파장, nH 고굴절율 유전체층의 굴절율임.
상기 저굴절율 유전체층(210) 및 고굴절율 유전체층(220)의 두께를 상기 식 1 및 2에 따르도록 하면, 각 유전체층의 굴절율 및 두께에 따라 선격자 편광자에서 편광 분리하고자 하는 파장 대역을 자유롭게 결정할 수 있게 되며, 각 유전체층에서 반사된 s 편광의 위상차값이 동일하여 보강 간섭에 의해 s 편광의 반사율이 증가되고, 그 결과 반사된 광의 재활용도가 커져 광 효율이 증진되게 된다(도 2 참조).
한편, 본 발명에 있어서, 상기 적층 구조(230)는 적어도 하나 이상 구비될 수 있으며, 적층 구조의 수는 원하는 편광도에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 이는 적층 구조를 이루는 각 유전체층에서 선격자 패턴에 평행한 편광이 반사되므로, 적층 구조의 수에 따라 선격자 패턴에 평행한 편광(s 편광)이 반사되는 비율이 변화하고, 반사되는 선격자 패턴에 평행한 편광(s 편광)의 비율에 따라 편광도가 변화하기 때문이다.
종래에 일반적으로 사용되었던 반사율이 높은 금속(예: 알루미늄)을 이용하여 제조된 선격자 편광자의 경우, 자외선 파장 대역에서 편광 특성의 구현이 곤란하였으나, 상술한 본 발명의 일 실시형태에 따른 선격자 편광자에 따르면, 각 유전체층의 굴절율, 두께 및 적층수에 따라 다양한 파장 대역에서 원하는 정도의 편광 특성이 구현되도록 할 수 있으며, 자외선 파장 대역에서도 우수한 편광 특성을 구현할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 선격자 편광자 제조방법은, (a) 다수의 저굴절율 유전체층 및 고굴절율 유전체층이 적층된 적층 구조를 포함하는 기판을 마련하는 단계; 및 (b) 상기 적층 구조를 패터닝하는 단계를 포함한다.
상기 (a) 적층 구조를 포함하는 기판을 마련하는 단계는 기판 상에 다수의 저굴절율 유전체층 및 고굴절율 유전체층을 적층하는 방법으로 수행될 수 있다. 이때, 상기 저굴절율 유전체층 및 고굴절율 유전체층의 굴절율 및 두께를 상기 식 1 및 2에 따라 조절함으로써 편광 분리되는 빛의 파장 영역을 결정할 수 있다.
또한, 상기 적층 구조의 수를 조절하여 파장 대역에 따른 편광도를 결정할 수 있다. 이는 적층 구조를 이루는 각 유전체층에서 선격자 패턴에 평행한 편광이 반사되므로, 적층 구조의 수에 따라 선격자 패턴에 평행한 편광(s 편광)이 반사되는 비율이 변화하고, 반사되는 선격자 패턴에 평행한 편광(s 편광)의 비율에 따라 편광도가 변화하기 때문이다.
다음으로, 상기 (b) 적층 구조를 패터닝하는 단계는 상기 복수의 적층 구조를 선격자 형상으로 패터닝하는 단계를 말한다. 이는 적층 구조를 선격자 형상으로 패터닝하여, 선격자 패턴에 평행한 편광은 반사시키고, 선격자 패턴에 직교한 편광은 투과시키기 위함이다. 상기 (b) 단계는 포토 리소그래피, 나노 임프린트 리소그래피, 레이저 간섭 리소그래피 등 공지된 패터닝 방법을 이용하여 수행될 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 실시형태에 따른 선격자 편광자의 제조방법에 따르면, 각 유전체층의 굴절율 및 두께를 조절하여 다양한 파장 대역에서 우수한 편광 특성이 구현될 수 있으며, 특히 자외선 파장 대역에서 우수한 편광 특성을 구현할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 선격자 편광자는, 원하는 파장대역에서 원하는 편광도를 갖도록 조절될 수 있기 때문에, 다양한 적용처에 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 선격자 편광자는 편광판, 화상표시장치나 광 배향 장치 등에 이용될 수 있다. 특히 본 발명의 선격자 편광자는 자외선 파장 대역에서 우수한 편광도를 나타낼 수 있으므로, 자외선을 이용한 광 배향 장치에 적합하게 이용될 수 있다.
100 기판
200 선격자 구조체
210 저굴절율 유전체층
220 고굴절율 유전체층
230 적층 구조
300 입사광

Claims (8)

  1. 기판 상에 저굴절율 유전체층 및 고굴절율 유전체층이 순차적으로 적층된 적층 구조를 적어도 하나 이상 포함하는 선격자 구조체를 포함하는 선격자 편광자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 저굴절율 유전체층의 두께는 하기 식 1을 만족하고, 상기 고굴절율 유전체층은 하기 식 2을 만족하는 것인 선격자 편광자.
    [식 1]
    dL=λ/4nL
    여기서, dL은 저굴절율 유전체층의 두께, λ는 편광 분리되는 빛의 파장, nL 저굴절율 유전체층의 굴절율임.

    [식 2]
    dH=λ/4nH
    여기서, dH은 고굴절율 유전체층의 두께, λ는 편광 분리되는 빛의 파장, nH 고굴절율 유전체층의 굴절율임.
  3. (a) 저굴절율 유전체층 및 고굴절율 유전체층이 순차적으로 적층된 적층 구조를 적어도 하나 이상 포함하는 기판을 마련하는 단계; 및
    (b) 상기 적층 구조를 선격자 형상으로 패터닝하는 단계를 포함하는 선격자 편광자의 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 (a) 단계에서의 저굴절율 유전체층 및 고굴절율 유전체층의 두께가 하기 식 1 및 2를 만족하는 것인 선격자 편광자의 제조방법.
    [식 1]
    dL=λ/4nL
    여기서, dL은 저굴절율 유전체층의 두께, λ는 편광 분리되는 빛의 파장, nL 저굴절율 유전체층의 굴절율임.

    [식 2]
    dH=λ/4nH
    여기서, dH은 고굴절율 유전체층의 두께, λ는 편광 분리되는 빛의 파장, nH 고굴절율 유전체층의 굴절율임.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 적층 구조의 수를 조절하여 편광도를 결정하는 선격자 편광자의 제조방법.
  6. 청구항 3의 방법에 의해 제조된 선격자 편광자.
  7. 청구항 1 또는 6의 선격자 편광자를 포함하는 편광판
  8. 청구항 7의 편광판을 포함하는 광 배향 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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